量子理论--微观粒子的波粒二象性.ppt

1、第五部分：微观粒子的波粒二象性。1924年，受光的波粒二象性的启发，德布罗意提出了一个大胆的假设：波粒二象性不是光所具有的，所有的物理粒子(电子、质子和中子)都具有波粒二象性。当时，既没有任何已知的物理事实需要用这种思想来解释，也没有任何迹象表明粒子在波动。德布罗意在接受了光的波粒二象性这一事实后，主要通过考虑对称性和统一性提出了这一假设。想象电子在波动是一个非常大胆的科学假设。德布罗意从实验事实出发，成功地解释了波动领域中经典波动理论无法解释的问题(如康普顿效应、光电效应等)。)，并成功地解释了粒子领域中经典粒子概念无法解释的问题(如原子结构中的稳态)。在某些情况下，粒子性能是突出的，有时波

2、动性能是突出的。这种波被称为物质波、粒子波和德布罗意波。爱因斯坦高度赞扬德布罗意的工作，并给予大力支持。爱因斯坦在研究物理定律时非常重视对称性。他认为德布罗意的观点是自然界对称性的另一个主要表现。1929年，德布罗意获得了诺贝尔奖。如何证明德布罗意波假说的正确性？德布罗意在他的博士论文答辩中指出，一束电子通过一个非常小的孔可以产生衍射现象，这是一个验证假设方向是否正确的实验。但德国没有回应。1927年，美国的戴维逊在收到该论文副本的第二天就开始了实验，英国的汤姆逊也独立地获得了电子波的衍射图样。十年后，他们一起获得了诺贝尔奖。德布罗意认为，不仅光具有波粒二象性，而且所有的物理粒子如电子、原子和

3、分子都具有波粒二象性。他提出质量为m、速度为v的粒子具有波动性，只有一个波长为v的波与之对应。这些量之间的关系如下：考虑相对论效应：1 .德布罗意波，历史，2。德布罗意假说的实验证明了1。戴维逊实验，狭缝宽度为10-6m，电子波长为10-11m，如果你认为，波长是：x射线在晶体表面散射，电子束在晶体表面散射，当满足布拉格公式2dsin=k时，反射的电子波增强。(1927)，观察到电子衍射现象。采用x光、电子束、电子双缝干涉图、杨氏双缝干涉图。汤姆逊实验中，x光通过晶体产生衍射图样，电子束通过晶体产生相似的衍射图样，根据衍射图样结构可以计算出电子波的波长。1897年，汤姆逊在研究阴极射线时发现了

4、电子；获得1906年诺贝尔奖；获得了1937年的诺贝尔奖。1927年，汤姆逊证实了电子的易变性，单缝、双缝、三缝和四缝的电子衍射实验，琼森实验(1961)，质子、中子、原子和分子也有易变性，基本数据，3。电子束单缝衍射实验，通过照相感光板显示单缝衍射图样，利用光的单缝衍射公式：其他粒子的挥发性实验证明，1930年斯特恩做了分子挥发性实验，用氟化锂散射和何分子时出现最大值。我们引用了斯特恩论文中的一组实验数据，表明在290 K时，氦分子散射的最大值出现在与580 K时H2分子散射的最大值相同的角度上，最大能量概率与能量成正比，在非相对论情况下，能量写成对应于最大能量的波长，只有当氦分子和H2分子

5、的波长相等时，上述实验现象才会发生。例如，m=0.01kg千克v=300m米/秒的子弹，宏观物体的波长太小而无法测量，宏观物体只显示粒子性质，波粒二象性很常见。结论宏观粒子也有涨落，m为0，量子物理学过渡到经典1。单电子双缝实验现代实验技术可以使一个电子一次通过狭缝，屏幕上出现的电子说明了电子的粒子性质。3.对波粒二象性的理解，随着电子数量的增加，屏幕上逐渐形成衍射图案，表明“一个电子”有波动性，3000、20000、70000，2)波动性和“叠加”有非经典波并不代表真实物理量的波动。1)粒子，整体性，非经典粒子没有“轨道”的概念。2)正确理解微观粒子的波粒二象性。3)结论：微观粒子在某些条件

6、下表现出粒子性，在其他条件下表现出波动性。虽然这两个属性在同一个正文中，但它们不能同时显示。德布罗意波不同于经典波，经典波是一种振动德布罗意波：它决定了粒子在空间中分布的概率。计算由电势差加速的电子的德布罗意波长U1=150伏和U2=104伏(不考虑相对论效应)。根据，电子加速后的速度是，根据德布罗意关系p=h/，电子的德布罗意波长分别是，而观测仪器的分辨率远远大于光学显微镜的分辨率。第四，德布罗意波和玻尔量子化的假设，如果电子被认为是波动的，玻尔的轨道角动量条件可以在某种程度上得到解释。微观粒子具有波粒二象性，原子中的电子围绕原子核运动，这相当于电子波围绕圆形成的稳定驻波。德布罗意波：它决定

7、了粒子在空间中无处不在的概率。也就是说，它必须满足以下要求：2 r=n (n=1，2，3)，这是电子的德布罗意波的波长，由德布罗意假设，和5。不确定关系的表达和意义海森堡在1927年提出微观粒子运动的基本定律包含许多表达式，其中两个是：第一个公式客观上表明：个粒子不可能同时具有确定的坐标位置和相应的动量。维尔纳卡尔海森堡德于1901年至1976年创立了量子力学，并于1932年获得诺贝尔物理学奖。海森堡，6。不确定关系的简单推导。1.从光的相干长度的概念出发，让波列沿X轴传播相干长度。德布罗意波长和动量变化。因此，如果需要单色光，那么波列必须是，但实际光波只能是，那么就必须有谱线宽度，也就是说，

8、波列受不确定关系的限制，而理想波、px、电子束、通过狭缝，其坐标的不确定度为X；大多数电子落在中央边缘。电子单缝衍射、px，0、电子束、单缝衍射的一阶最小，这是电子在X方向动量变化的范围、px，0。电子穿过狭缝。电子束和动量分量px的不确定度为，减小间隙宽度x，x的确定越精确，px的不确定度越大，严格的理论给出了不确定度关系：一般写成：这使得粒子运动“轨道”的概念没有意义，与不确定度关系的物理量称为共轭物理量。不确定关系是指微观粒子的固有性质与仪器精度和测量方法的缺陷无关，并考虑了其他亮线。第三，能量与时间的不确定关系也是一对共轭物理量，推导如下：例1。没有对原子中电子运动的“轨道”分析，轨道

9、概念也不适用！4，不确定度关系的应用实例，如果电子Ek=10eV，原子线性r=10 -10 m，而不是电子云的概念，不确定度关系为x=0.0001 m，加速电压U=102V，电子准直直径为0.1mm。电子的横向分散可以忽略轨道的重要性。在宏观现象中，它可以被看作是一个经典粒子，所以可以使用轨道概念。分析了：从量子跃迁到经典的物理条件，如粒子的活度线性度和电子在示波管中的运动，如例2所示。因此，此时电子被视为经典粒子。2)微观粒子力学量的不确定性是指物理量与其不确定量在同一数量级，即P和P在同一数量级，R and R在同一数量级，如例1所示。例3:确定电子不是原子核的基本组成部分(电子不能在原子

10、核中稳定)，并分析3360核线性度。根据不确定关系，对应于这种动量的电子能量是多少？估算某些物理量的数量级估算氢原子的轨道半径氢原子的最稳定半径玻尔半径解：假设氢原子的半径为R，那么电子活动的范围将由不确定关系决定，根据非相对论电子能量假设原子核是静止的，代入，得到，最稳定的是最低能量，得到， 例波长=500纳米的光波沿X轴向前传播，如果光波波长的不确定度(谱线)，波长的不确定度有一个对应于p的不确定度px。 如果已知光波长的误差/=10-7，计算光子位置的不确定度x。解决方法：从波长的不确定性/动量的不确定性可以推导出：例4写出真实粒子的德布罗意波长与粒子的动能Ek和静态质量m0之间的关系，

11、并证明：证明：代入上述m和v，得到，例如，在电子单缝衍射实验中，如果狭缝宽度a=0.1nm毫米(1毫米=10-3米)，电子束垂直入射到单缝上。那么衍射电子的横向动量的最小不确定度py=_ _ _ _ _ _ _(普朗克常数h=6.63 10-34Js)。答案是，例如，图(a)、图(b)、图(c)和图(d)中显示了粒子运动的波函数，哪一个是确定粒子动量的精度最高的波函数？()、a、测不准关系表示在x方向上()、(a)不能确定粒子位置，(b)不能确定粒子动量，(c)不能确定粒子位置和动量，(d)不能同时确定粒子位置和动量，以及(1)不能确定粒子动量。(2)不可能确定粒子的坐标。(3)粒子的动量和坐标不能同时确定。(4)不确定关系不仅适用于电子和光子，也适用于其他粒子。正确的是： ()，(甲)(1)和(2)，(乙)(2)和(4)，(丙)(3)和(4)，(丁)(4)和(1)，例如，丙；当具有非零静质量的微观粒子高速