德布羅意物質(zhì)波的假設(shè)

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1、實(shí)物粒子的波粒二象性11923年，德布羅意最早想到了這個問題，并且大膽地設(shè)想，人們對于光子的波粒二象性會不會也適用于實(shí)物粒子。一、德布羅意物質(zhì)波的假設(shè)1.物質(zhì)波的引入光具有粒子性，又具有波動性。光子能量和動量為上面兩式左邊是描寫粒子性的E、P；右邊是描寫波動性的?、?。h將光的粒子性與波動性聯(lián)系起來。實(shí)物粒子：靜止質(zhì)量不為零的那些微觀粒子。一切實(shí)物粒子都有具有波粒二象性。2實(shí)物粒子的波粒二象性的意思是：微觀粒子既表現(xiàn)出粒子的特性，又表現(xiàn)出波動的特性。粒子性：主要是指它具有集中的不可分割的特性。波動性：是指周斯性地傳播、運(yùn)動著的場。它能在空間表現(xiàn)出干涉、衍射等波動現(xiàn)象

2、，具有一定的波長、頻率。實(shí)物粒子的波稱為德布羅意波或物質(zhì)波，物質(zhì)波的波長稱為德布羅意波長。2.德布羅意關(guān)系式德布羅意把愛因斯坦對光的波粒二象性描述應(yīng)用到實(shí)物粒子，動量為P的粒子波長：頻率與能量關(guān)系：德布羅意公式3例1：試計(jì)算動能分別為100eV、1keV、1MeV、1GeV的電子的德布羅意波長。解：由相對論公式：得：代入德布羅意公式，有：若：則：若：則：4（1）當(dāng)EK=100eV時，電子靜能E0=m0c2=0.51MeV，有：（2）當(dāng)EK=1keV時，有：以上兩個結(jié)果均與X射線的波長相當(dāng)，（4）當(dāng)EK=1MeV時，有：5例2：質(zhì)量m=50Kg的人，以v=15m/s的

3、速度運(yùn)動，試求人的德布羅意波波長。解：（4）當(dāng)EK=1GeV時，，有：人的德波波長儀器觀測不到，宏觀物體的波動性不必考慮，只考慮其粒子性。德布羅意關(guān)系與愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系有著同樣重要意義。光速c是個“大”常數(shù)；普朗克常數(shù)是個“小”常數(shù)。6電子的物質(zhì)波沿軌道傳播，當(dāng)電子軌道周長恰為物質(zhì)波波長的整數(shù)倍時，可以形成穩(wěn)定的駐波（因只有駐波是一穩(wěn)定的振動狀態(tài)，不輻射能量），這就對應(yīng)于原子的定態(tài)。3.從德布羅意波導(dǎo)出玻爾角動量量子化條件電子波動反映到原子中，為駐波。當(dāng)受到擾動時，波很穩(wěn)定，象金、銀等金屬化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定。7由代入電子的德波波長很短，用電子顯微鏡衍射效應(yīng)小，可放大20

4、0萬倍。例：求靜止電子經(jīng)15000V電壓加速后的德波波長。解：靜止電子經(jīng)電壓U加速后的動能8X射線照在晶體上可以產(chǎn)生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。1927年C.J.戴維森與G.P.革末作電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動性。1.電子衍射實(shí)驗(yàn)1戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。探測器電子束電子槍鎳單晶二、德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證9電流有一峰值，此實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電子具有波動性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電子束強(qiáng)度并不隨加速電壓而單調(diào)變化，而是出現(xiàn)一系列峰值。當(dāng)時電子加速電子束在兩晶面反射加強(qiáng)條件

5、：10鎳單晶與實(shí)驗(yàn)值相差很小，這表明電子具有波動性，實(shí)物粒子具有波動性是正確的。111927年G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子）也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與C.J.戴維森共獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎。屏P多晶薄膜高壓柵極陰極動畫2.電子衍射實(shí)驗(yàn)2電子束在穿過細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動性。123.量子圍欄(QuantumCorral)中的駐波1993年克羅米(M·F·Corrie)等人用掃描電子顯微鏡技術(shù),把銅(111)表面上的鐵原子排列成半徑為7.13nm的圓環(huán)性量子圍欄,并觀測量到了圍欄內(nèi)

6、的同心圓柱狀駐波,直接證實(shí)了物質(zhì)波的存在.++++++++++++++++探針注意:物質(zhì)波被廣泛用作探索手段.例核反應(yīng)產(chǎn)生的中子(?=0.1nm)可作為晶體探測器.中子衍射顯示的苯結(jié)構(gòu)13