德布罗意波实物粒子的二象性.ppt

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1、思想方法自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设.“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于‘粒子’的图象想得太多，而过分地忽略了波的图象呢？”法国物理学家德布罗意（LouisVictordeBroglie1892–1987)1一　德布罗意假设（1924年）德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性.德布罗意公式2）宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性.注意1）若则若则

2、2例在一束电子中，电子的动能为，求此电子的德布罗意波长？解此波长的数量级与X射线波长的数量级相当.例计算质量,速率的子弹的德布罗意波长.无法观察3例2从德布罗意波导出氢原子波尔理论中角动量量子化条件.解两端固定的弦，若其长度等于波长则可形成稳定的驻波.将弦弯曲成圆时电子绕核运动德布罗意波长角动量量子化条件4——G.P.汤姆孙电子衍射实验(1927年)电子束透过多晶铝箔的衍射K电子双缝衍射图二　德布罗意波的实验证明注意不仅是电子，而且其他实物粒子，如质子、中子、氦原子等都已证实具有波动性，波动性是所有微观粒子的固有

3、属性.5三应用举例1932年德国人鲁斯卡成功研制了电子显微镜.（电子束是有磁透镜聚焦后照射在样品表面形成衍射图像）目前分辨率：0.2nm电子显微镜下的海棉针状体1981年德国人宾尼希和瑞士人罗雷尔制成了扫瞄隧道显微镜.用于纳米材料、生命科学和微电子学的研究.横向分辨率：0.1nm,纵向分辨率：0.001nm.6四德布罗意波的统计解释经典粒子不被分割的整体，有确定位置和运动轨道；经典的波某种实际的物理量的空间分布作周期性的变化，波具有相干叠加性.二象性要求将波和粒子两种对立的属性统一到同一物体上.1926年玻恩提出

4、德布罗意波是概率波.统计解释：在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近出现的概率成正比的.概率概念的哲学意义：在已知给定条件下，不可能精确地预知结果，只能预言某些可能的结果的概率.7本章目录选择进入下一节：15-4氢原子的玻尔理论*15-5弗兰克-赫兹实验15-6德布罗意波实物粒子的二象性15-7不确定关系15-8量子力学简介END15-9氢原子的量子理论简介8一德布罗意假设(1924年)光学理论发展历史表明，曾有很长一段时间，人们徘徊于光的粒子性和波动性之间，实际上这两种解释并不是对立的，量子理论的发展证明了这

5、一点.德布罗意企盼把粒子观点和波动观点统一起来，给予“量子”以真正的涵义.德布罗意（1892—1987）9“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于‘粒子’的图像想得太多，而过分地忽略了波的图像呢？”思想方法自然界在许多方面都是明显地对称的，德布罗意采用类比的方法提出物质波的假设.10德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性粒子性波动性德布罗意公式这种波称为德布罗意波或物质波注意若则若则类似于光子的关系类似于光子的关系不同于光子

6、！11此波长的数量级与X射线波长的数量级相当.例1一束电子中，电子的动能，求此电子的德布罗意波长.解:12例2：一颗子弹,质量m=0.01kg，速度v=300m/s迄今无法测量!可见h极其微小,宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性.德布罗意波假设得到了实验验证!13二　德布罗意波的实验证明1戴维孙-革末电子衍射实验（1927年）355475当散射角时电流与加速电压曲线检测器电子束散射线电子被镍晶体衍射实验MK电子枪14电子束在单晶晶体上反射的实验结果符合X射线衍射中的布拉格公式

7、.相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件:........................镍晶体按例1中的方法计算电子的波长15电子波的德布罗意波长当时，与实验结果相近.U=54V将e,me.h代入电子的波长与加速电压有关16电子束透过多晶铝箔的衍射K2G.P.汤姆孙电子衍射实验(1927年)电子束穿越多晶薄片时出现类似X射线在多晶上衍射的图样.3电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射实验约恩逊实验(1961年)17理论成果:从德布罗意波导出氢原子玻尔理论中角动量量子化条件.两端固定的弦，若其长度等于波长则可形成稳定的驻波

8、.将弦弯曲成圆时电子在稳定轨道绕核运动其德布罗意波长为因此得到角动量谐波时:氢原子量子化条件!18扫描隧道显微镜示意图用扫描隧道显微镜下，看到清晰的硅原子照片1981年宾尼希和罗雷尔制成了扫描隧穿显微镜.工作方式:1932年鲁斯卡成功研制了电子显微镜（能提高分辨率,利用了电场和磁场对电子波的折射聚焦成象的原理）三应用举例(P335,378)19经典粒子不被分割的整体，有确