德布羅意波與測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系

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1、德布羅意的獲獎(jiǎng)?wù)撐牡虏剂_意的思路必有實(shí)物波存在?！惫庾影橛泄獠ǎ}動(dòng)好象光子，頻率即為脈動(dòng)，能量含有頻率，質(zhì)量就是能量，“實(shí)物粒子有質(zhì)量，16-5粒子的波動(dòng)性德布羅意(1892-1960)：法國(guó)人，一戰(zhàn)服役六年，原來從事歷史研究，受其兄影響，改學(xué)物理，1924年獲博士學(xué)位，1929年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。1932年任巴黎大學(xué)物理教授，1933年被選為法國(guó)科學(xué)院院士。德布羅意一、德布羅意波德布羅意提出了物質(zhì)波的假設(shè)：任何運(yùn)動(dòng)的粒子皆伴隨著一個(gè)波，粒子的運(yùn)動(dòng)和波的傳播不能相互分離。運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子的能量E、動(dòng)量p與它相關(guān)聯(lián)的波的頻率?和波長(zhǎng)?之間滿足如下關(guān)系：德布羅意關(guān)系式粒子性波動(dòng)性自由粒子速度較小

2、時(shí)，質(zhì)量不變電子的德布羅意波長(zhǎng)為例如：電子經(jīng)電勢(shì)差V加速后若則二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927年戴維孫和革末用加速后的電子投射到晶體上進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)。GK狹縫電流計(jì)鎳集電器U電子束單晶衍射最大值：電子的波長(zhǎng)：5102015250I電流出現(xiàn)峰值戴維孫—革末實(shí)驗(yàn)中C.J.戴維孫通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)若U＝150V，電子對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)：例：子彈m=10-2kg，速度V=5.0?102m/s,對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)：太小測(cè)不到！電子在電壓U的加速下：電子不僅在反射時(shí)有衍射現(xiàn)象，湯姆遜實(shí)驗(yàn)證明了電子在穿過金屬片后也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。戴維遜和湯姆遜因驗(yàn)證電子的波動(dòng)

3、性分享1937年的物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)金。電子的衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意關(guān)系的正確性。G·P·湯姆遜像電子波長(zhǎng)比可見光波長(zhǎng)小10-3?10-5數(shù)量級(jí)，從而可大大提高電子顯微鏡的分辨率。我國(guó)已制成80萬倍的電子顯微鏡，分辨率為1.44，能分辨大個(gè)分子。三、應(yīng)用：電子顯微鏡：光學(xué)顯微鏡示意圖電子顯微鏡示意圖透射電子顯微鏡（TEM）TransmissionElectronMicroscope安工大電鏡1987年進(jìn)口25萬$(現(xiàn)價(jià)10萬$)儀器簡(jiǎn)介:日立牌H－800透射電子顯微鏡具有較高的分辨本領(lǐng)，能提供材料及其細(xì)微的組織結(jié)構(gòu)信息。技術(shù)性能:最高加速電壓：200kv分辨率：4.5A應(yīng)用范圍:主要應(yīng)用于金屬

4、等材料的微觀組織與結(jié)構(gòu)分析。掃描隧道顯微鏡的工作示意圖48個(gè)Fe原子形成“量子圍欄”，圍欄中的電子形成駐波.四、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋(1926,玻恩)在某處德布羅意波的強(qiáng)度是與粒子在該處鄰近出現(xiàn)的幾率成正比,德布羅意波是幾率波!光波波性：衍射圖樣亮處，光強(qiáng)大，粒子性：衍射圖樣亮處,光強(qiáng)大，光子數(shù)多.統(tǒng)計(jì)解釋：亮處，光子到達(dá)的概率大。電子波衍射圖樣亮處，電子到達(dá)該處的概率大，波的強(qiáng)度也大。統(tǒng)計(jì)解釋：16-5測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系(UncertaintyPrinciple)一.測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系在牛頓力學(xué)中，運(yùn)動(dòng)物體在任何時(shí)刻都有完全確定的位置，動(dòng)量，能量，角動(dòng)量等。但對(duì)微觀粒子，由于粒子的波動(dòng)性，微觀粒子在某個(gè)

5、位置上僅以一定的概率出現(xiàn)，這就是說，粒子的位置是不能確定的。粒子的位置雖不能確定，但基本上出現(xiàn)在某區(qū)域，例如出現(xiàn)在內(nèi)（一維情形）或內(nèi)（三維情形），稱為粒子坐標(biāo)的不確定量。粒子的動(dòng)量也是不能確定的，但動(dòng)量基本上也有一個(gè)范圍（或），稱為粒子動(dòng)量的不確定量。同樣的道理，粒子的其他力學(xué)量（能量，角動(dòng)量）也是不確定的。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，這六個(gè)不確定量：原則上可以減少到零，因而原則上可以把粒子的位置和動(dòng)量都測(cè)準(zhǔn)。1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡（W.Heisenberg)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們企圖用這些在宏觀世界中總結(jié)出來的物理量（牛頓力學(xué)中），來描述微觀世界中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在著一定的困難，它們被下列關(guān)系式所限制：海森

6、伯測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式W.海森堡創(chuàng)立量子力學(xué)，并導(dǎo)致氫的同素異形的發(fā)現(xiàn)1932諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)電子束x縫衍射圖樣X方向電子的位置不準(zhǔn)確量為：屏幕長(zhǎng)時(shí)間積累后出現(xiàn)衍射圖樣電子一個(gè)一個(gè)地通過單縫二.用電子單縫衍射說明不確定關(guān)系X方向的分動(dòng)量px的測(cè)不準(zhǔn)量為：電子束x縫屏幕(單縫衍射）考慮到在兩個(gè)一級(jí)極小值之外還有電子出現(xiàn)，所以：經(jīng)嚴(yán)格證明此式應(yīng)為：這就是著名的海森伯測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式的理解1.用經(jīng)典物理學(xué)量——?jiǎng)恿?、坐?biāo)來描寫微觀粒子行為時(shí)將會(huì)受到一定的限制。*3.對(duì)于微觀粒子的能量E及它在能態(tài)上停留的平均時(shí)間Δt之間也有下面的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系：2.可以用來判別對(duì)于實(shí)物粒子其行為究竟應(yīng)該用經(jīng)典力學(xué)來描寫

7、還是用量子力學(xué)來描寫。W.海森堡創(chuàng)立量子力學(xué)，并導(dǎo)致氫的同素異形體的發(fā)現(xiàn)1932諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)例：電視顯象管中電子的加速電壓為9kV，電子槍槍口直徑為0.1mm，求：出槍口之后電子的橫向速度，并加以討論。解：電子經(jīng)9kV加速后的速度為：討論：由于，電子的波動(dòng)性極小，圖象清晰。例：小球質(zhì)量m=10-3千克，速度V=10-1米/秒，?x=10-6米，則速率的不確定范圍為多大？不確定關(guān)系對(duì)宏觀物體來說，實(shí)際上是不起作用的。解：