文档介绍：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
(Louis Victor de Broglie 1892 – 1987 )
德布罗意物质波理论
1、经典物理学中的波与粒子
理想粒子:原则上可精确地确定它的质量、动
量和电荷,且在一定条件下可视为
质点。对于质点,只要初始的位移
、速度及受力状态已知,原则上可
用牛顿力学描述它未来的受力情况
及运动状态。
波:其特征量为和,对一给定波源来说,其
发出的波原则上,频率和波长都可被精确
测定。
1672年牛顿提出光的微粒说
1678年惠更斯提出了光是纵向波动
19世纪初在菲涅耳、夫琅和费、杨氏等人观察到
光的干涉实验后,波动学说被人们普遍承认。
19世纪末麦克斯韦、赫兹进一步肯定光为电磁波
20世纪初随着一些新的现象相继出现,且经典理
论无法解释,随之诞生了一些新的理论。
1905年提出光量子假说,提出了光具有波粒二象性
1923年康普顿实验既是光的波粒二象性的最好证明
1924年德布罗意将光的波粒二象性推广到实物粒子
2、光的波粒二象性
3、德布罗意物质波
1924年提出:任何物体都伴随以波,而且不可能
将物体的运动和波的传播分开。
在宏观上,如飞行的子弹m=10-2Kg,
速度V=102m/s对应的德布罗意波
长为:
他指出:实物粒子也有
著名的德布罗意关系式
在微观上,如电子m=10-31Kg,速度
V=107m/s,对应的德布罗意波长为:
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
他认为:对所有的实物粒子,无论其静止质量是否
为零都成立。即实物粒子即可用P、E来描
述,也可用、来描述,有时粒子性突出
,有时波动性突出,这既是实物粒子的波
粒二象性。
可以说: 是近代物理学中
两个重要的关系式!前者通过 c 将能量和
质量联系起来,后者通过 h 将粒子性和波
动性联系起来,是物理学的一大进步,
4、物质波的实验验证
1927年戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶,电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释,从而验证了物质波的存在。
(1)理论上:当v<<c时,
电子在加速电场中被加速时有:
当U=150V时,=1Å
当U=10 4V时,=Å
很短,与x射线相近。
(2) 戴维孙—革末电子衍射实验装置
实验中,进入B的电流可用电流计测出
改变电压U,测出电流强度I
检测器
电子束
散射线
电子被镍晶体衍射实验
M
K
电子枪
B
(3)实验结果
I
U1/2
(4)理论解释(结果分析)
结果表明:当电压单调增加时, 电流强度不是
单调增加, 表现出有规律的选择性,
只有当电压为某些特定值时, 电流
才有极大值(即亮纹)。与x 射线衍
射相似。