高二物理竞赛物质波 课件

第18章物质波2.戴维孙--革末实验,汤姆逊实验

3.不确定性关系1.德布罗意的物质波假设：

一切实物粒子都具有波粒二象性主要内容1929诺贝尔物理学奖法国物理学家德布罗意(L.deBroglie,1892-1987)光的波动性：光的干涉、衍射、偏振等；用频率和波长来描述。光的粒子性:

黑体辐射、光电效应和康普顿效应等,用能量E和动量P来表征。1924年，德布罗意推想，自然界在许多方面是对称的，光既然具有波粒二象性，实物粒子也应该具有波粒二象性。第18章物质波18.1.1

德布罗意的物质波假设

在光的波粒二象性启发下，青年物理学家德布罗意于1924年提出了物质波的假设：“任何运动的粒子皆伴随着一个波，粒子的运动和波的传播不能相互分离。”

预言：运动的实物粒子的能量、动量、与它相关联的波的频率和波长之间满足如下关系：

独创性18.1德布罗意假设德布罗意关系式称为德布罗意波长实物粒子与光理论的统一

静止质量为的粒子，对应的德布罗意波长：非相对论粒子相对论粒子可与比较:速率18.1.1德布罗意的物质波假设动量动能电子经加速电压U加速后，其速度由下式决定：代入德布罗意公式得到电子的德布罗意波波长为：将等代入得到：例18-1计算某一静止电子经过电压后，其物质波的波长.解：18.1.1德布罗意的物质波假设GφφK狭缝电流计镍集电器U电子射线单晶

（1927年）戴维孙（C.J.Davisson和革末（L.H.Germer）用加速后的电子投射到晶体上进行电子衍射实验。18.1.2戴维孙--革末实验5102015250IU12根据衍射理论，衍射最大值：电子的波长：所以衍射电子束强度达最大值时所满足的方程：18.1.2戴维孙--革末实验U=54V

晶格常数利用布拉格公式:波长为:根据德布罗意假说,由加速电势差算得的波长为:(验证德布罗意假说)d=9.1*10-11m戴维孙—革末实验中:18.1.2戴维孙--革末实验18.1.3G.P.汤姆孙电子衍射实验电子束透过多晶铝箔的衍射K计算动能分别为:1.0keV,1.0MeV,1.0GeV的电子的德布罗意波长（结合狭义相对论的能量公式）18.3不确定性关系

1927年海森伯（W.Heisenberg）分析了几个理想实验后提出了测不准关系。衍射图样电子束x缝屏幕一级最小衍射角

电子经过缝时的位置不确定

电子经过缝后x方向动量不确定

用电子衍射说明不确定关系电子的单缝衍射实验18.3不确定性关系考虑到在两个一级极小值之外还有电子出现，所以有：海森伯测不准关系式：能量和时间之间的关系：18.3不确定性关系

1）微观粒子同一方向上的坐标与动量不可同时准确测量,它们的精度存在一个终极的不可逾越的限制.

2）不确定的根源是“波粒二象性”这是自然界的根本属性.物理意义

3）对宏观粒子，因很小，所以可视为位置和动量能同时准确测量.18.3不确定性关系关于测不准关系式的讨论

1)测不准关系式说明用经典物理学量——动量、坐标来描写微观粒子行为时将会受到一定的限制,因为微观粒子不可能同时具有确定的动量及位置坐标。

3)对于微观粒子的能量E及它在能态上停留的平均时间Δt之间也有下面的测不准关系：

2)测不准关系式可以用来判别对于实物粒子其行为究竟应该用经典力学来描写还是用量子力学来描写。

18.3不确定性关系原子处于激发态的平均寿命一般为这说明原