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1、,德布羅意的獲獎?wù)撐?德布羅意的思路,必有實(shí)物波存在?！?光子伴有光波，,脈動好象光子，,頻率即為脈動，,能量含有頻率，,質(zhì)量就是能量，,“實(shí)物粒子有質(zhì)量，,16-5 粒子的波動性,德布羅意(1892-1960)： 法國人，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。1932年任巴黎大學(xué)物理教授，1933年被選為法國科學(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)動的粒子皆伴隨著一個波，粒子的運(yùn)動和波的傳播不能相互分離。,運(yùn)動的實(shí)物粒子的能量E、動量p與它相關(guān)聯(lián)的波的頻率 和波長之間滿足如下關(guān)系：,德布羅意

2、關(guān)系式,自由粒子速度較小時，質(zhì)量不變,電子的德布羅意波長為,例如：電子經(jīng)電勢差 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)。,衍射最大值：,電子的波長：,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)晶體對電子的衍射作用,1937諾貝爾物理學(xué)獎,若U150V，電子對應(yīng)的德布羅意波長：,例：子彈m=10-2 kg，速度V=5.0102m/s , 對應(yīng)的德布羅意波長：,太小測不到！,電子在電壓U的加速下：,電子不僅在反射時有衍射現(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

3、驗(yàn)證電子的波動性分享1937年的物理學(xué)諾貝爾獎金。,電子的衍射實(shí)驗(yàn)證明了 德布羅意關(guān)系的正確性。,GP湯姆遜像,電子波長比可見光波長小10-310-5數(shù)量級，從而可大大提高電子顯微鏡的分辨率。,我國已制成80萬倍的電子顯微鏡，分辨率為1.44 ， 能分辨大個分子。,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）,Transmission Electron Microscope,安工大電鏡,1987年進(jìn)口 25萬$ ( 現(xiàn)價10萬$ ),儀器簡介 : 日立牌 H800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:

4、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!,,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)計解釋：亮處，光子到達(dá)的概率大。,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)計解釋：,,,16-5 測不準(zhǔn)關(guān)系(Uncertainty Principle),一.測不準(zhǔn)關(guān)系,在牛頓力學(xué)中，

5、運(yùn)動物體在任何時刻都有完全確定的 位置，動量，能量，角動量等。但對微觀粒子，由于 粒子的波動性，微觀粒子在某個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。 粒子的動量也是不能確定的，但動量基本上也有一個 范圍 （或 ），稱 為粒子動量的不確定量。,同樣的道理，粒子的其他力學(xué)量（能量，角動量） 也是不確定的。 經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為，這六個不確定量： 原則上可以減少到零，因而原則上可以把粒子的位置 和動量都測準(zhǔn)。 1927年，德國

6、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)動時，存在 著一定的困難，它們被下列關(guān)系式所限制：,,海森伯測不準(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,,X方向電子的位置不準(zhǔn)確量為：,長時間積累后出現(xiàn)衍射圖樣,二.用電子單縫衍射說明不確定關(guān)系,X方向的分動量px的測不準(zhǔn)量為：,,(單縫衍射）,考慮到在兩個一級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 海森伯測不準(zhǔn)關(guān)系式,測不準(zhǔn)關(guān)系式的理解,1. 用經(jīng)典物理學(xué)量動量、坐標(biāo)來描寫微觀粒子行為時將

7、會受到一定的限制 。,*3. 對于微觀粒子的能量 E 及它在能態(tài)上停留的平均時間t 之間也有下面的測不準(zhǔn)關(guān)系：,2. 可以用來判別對于實(shí)物粒子其行為究竟應(yīng)該用經(jīng)典力學(xué)來描寫還是用量子力學(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,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)系對宏觀物體來說，實(shí)際上是不起作用的。,解：,例如：一電子具有200ms-1的速率，動量的不確定范圍為動量的0.01%，則該電子的位置不確定范圍有多大？,解：,電子的動量：,動量的不確定范圍：,電子的不確定范圍：,電子位置的不確定范圍甚至比原子的大小還要大幾億倍。,,,所以坐標(biāo)及動量可以同時確定,1. 宏觀粒子的動量及坐標(biāo)能否同時確定？,電子動量是不確定的，應(yīng)用量子力學(xué)處理。,2. 微觀粒子的動量及坐標(biāo)是否永遠(yuǎn)不能同時確定？,