西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十七章 实物粒子的波动性 第一节 物质波假设及其实验验证 第二节 不确定关系 第三节 波动性和粒子性

同 接收屏 晶体薄片 粒子源

同学们好！

大学物理 第七章实物粒子的性 第一节物质波假设及其实验验证 、德布罗意物质波假设 1.自然界是对称统一的,光与实物粒子应该有共同 的本性 对称性:实物粒子与光类比 光「几何光学一粒子说 光子说 (m2=0)物理光学一一波动说∫“波粒二象性”」 实物「经典力学—粒子性 粒子 (m1≠0) 波动力学—波动性 量子力学物质波 第2页共31页

大学物理 第2页 共31页 第十七章 实物粒子的波动性 一、德布罗意物质波假设 1. 自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有共同 的本性。 第一节 物质波假设及其实验验证 物质波 实物 粒子 ( 0) m0  光 ( 0) m0 = 物理光学 —— 波动说 几何光学 —— 粒子说 经典力学 —— 粒子性 波动力学 —— 波动性 对称性：实物粒子与光类比 量子力学 “波粒二象性” 光子说

大学物理 2.对物质波的描述 E=mc=hv 德布罗意公式 h p=mv=n 注意:电子物质波波速≠电子运动速率ν 物质波数量级概念 =0.0124A硬X、y射线 可以用晶体对电子的衍射来显示其波动性 检验德布罗意公式的正确性 第3页共31页

大学物理 第3页 共31页 2. 对物质波的描述   h p mv E mc h = = = = 2 德布罗意公式 注意：电子物质波波速 u  电子运动速率v 物质波数量级概念 硬X、γ射线   = 0.0124A 可以用晶体对电子的衍射来显示其波动性 检验德布罗意公式的正确性

大学物理 二、实验验证 1.戴维孙—革末实验 1923年用电子散射实验研究镍原子结构 1925年实验曲线反常出现若干峰值, 当时未和衍射联系起来。 ∪电子枪 e 相对强度 30 60 Ne这 第4页共31页

大学物理 第4页 共31页 二、实验验证 1.戴维孙——革末实验 1923年 用电子散射实验研究镍原子结构 1925年 实验曲线反常出现若干峰值， 当时未和衍射联系起来

大学物理 1926年了解德布罗意物质波假设 1927年有意识寻求电子波实验依据,2~3个月出成果 Electron collcctor Cathode =50 0 5110152025 用德布罗意理论 12.2512.25 =167A /54 第5页共31页

大学物理 第5页 共31页 1926年 了解德布罗意物质波假设 1927年 有意识寻求电子波实验依据，2~3个月出成果  1.67A 54 12 .25 12 .25 = = = U 用德布罗意理论  0 5 10 15 20 25 I U 54    = 50

大学物理 用X光衍射理论(P186布喇格公式) d sin e Bragg plane sIn M=2d sin 0=kn =1 A=2dsn65°=k 元=1.65A 与德布罗意物质波假设相符 第6页共31页

大学物理 第6页 共31页 与德布罗意物质波假设相符 Δ = d = k  2 sin 65   = 1.65A k = 1 Δ= 2d sin = k 用X光衍射理论 （P.186 布喇格公式） 

大学物理 2.汤姆孙实验 用电子束直接穿过厚108m的单/多晶膜,得到电子衍 射照片 接收屏 晶体薄片 粒子源 用电子波衍射测出的晶格常数与用X光衍射测定的相 同戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖。 第7页共31页

大学物理 第7页 共31页 2. 汤姆孙实验 用电子束直接穿过厚10-8m的单/多晶膜，得到电子衍 射照片。 用电子波衍射测出的晶格常数与用X光衍射测定的相 同戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖

大学物理 3.其他实验 1929年斯特恩氢分子衍射 强度 Collimate Molecular beam oven LIF Murun 20-1001020方位角 1936年中子束衍射 中性微观粒子, 具有波粒二象性 第8页共31页

大学物理 第8页 共31页 3. 其他实验 *中性微观粒子， 具有波粒二象性 1936年 中子束衍射 1929年 斯特恩氢分子衍射 -20 -10 0 10 20 方位角 强度

大学物理 1961年电子单缝、双缝、多缝衍射 1986年证实固体中电子的波动性 >微观粒子的波粒二象性是得到实验证实的科学结论 对实物粒子波粒二象性的理解 历史上曾有的代表性观点: 1.波由粒子组成,波动性是粒子相互作用的次级效应 实验否定:电子一个个通过单缝,长时间积累也出现 衍射效应。 第9页共31页

大学物理 第9页 共31页 1961年 电子单缝、双缝、多缝衍射 1986年 证实固体中电子的波动性 ➢微观粒子的波粒二象性是得到实验证实的科学结论 1. 波由粒子组成，波动性是粒子相互作用的次级效应 实验否定: 电子一个个通过单缝，长时间积累也出现 衍射效应。 . . . . . . . . . 三、对实物粒子波粒二象性的理解 历史上曾有的代表性观点:

大学物理 2.粒子由波组成,是不同频率的波叠加而成的“波 包” N 单个电子不能形成衍射花样 实验介质中频率不同的波不同,波包应发 否定散,但未见电子“发胖” 不同介质界面波应反射,折射,但 未见电子“碎片” 波或粒子?“波和粒子”?在经典框架内无法统 第10页共31页

大学物理 第10页共31页 2. 粒子由波组成，是不同频率的波叠加而成的“波 包” 实验 否定 单个电子不能形成衍射花样 介质中频率不同的波 u 不同，波包应发 散，但未见电子“发胖” 不同介质界面波应反射，折射，但 未见电子“碎片” 波或粒子 ？“波和粒子”？在经典框架内无法统一