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1、德布罗意波与测不准关系德布罗意波与测不准关系德德布布罗罗意意(1892-1960)：法法国国人人，一一战战服服役役六六年年，原原来来从从事事历历史史研研究究，受受其其兄兄影影响响，改改学学物物理理，19241924年年获获博博士士学学位位，19291929年年获获诺诺贝贝尔尔物物理理奖奖。19321932年年任任巴巴黎黎大大学学物物理理教教授授，19331933年年被被选选为为法法国国科学院院士。科学院院士。德布罗意德布罗意电子不仅在反射时有衍射现象，汤姆逊实验电子不仅在反射时有衍射现象，汤姆逊实验证明了电子在穿过金属片后也象证明了电子在穿过金属片后也象X射线一样产生射线一样产生衍射现象。衍射
2、现象。戴维逊和汤姆逊因验证戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动性分享电子的波动性分享1937年年的物理学诺贝尔奖金。的物理学诺贝尔奖金。电子的衍射实验证明了电子的衍射实验证明了德布罗意关系的正确性。德布罗意关系的正确性。GP汤汤姆姆逊逊像像电子波长比可见光波长小电子波长比可见光波长小10-310-5数量级，数量级，从而可大大提高电子显微镜的分辨率。从而可大大提高电子显微镜的分辨率。我国已制成我国已制成80万倍的电子显微镜，分辨率为万倍的电子显微镜，分辨率为1.44，能分辨大个分子。能分辨大个分子。三、应用：三、应用：电子显微镜：电子显微镜：光学显微镜示意图光学显微镜示意图电子显微镜示意图电子显微镜示
3、意图透射电子显微镜透射电子显微镜（TEM）TransmissionElectronMicroscope安工大电镜安工大电镜1987年进口年进口25万万$(现价现价10万万$)仪器简介仪器简介:日日立立牌牌H800透透射射电电子子显显微微镜镜具具有有较较高高的的分分辨辨本本领领，能能提提供供材料及其细微的组织结构信息。材料及其细微的组织结构信息。技术性能技术性能:最高加速电压：最高加速电压：200kv分辨率：分辨率：4.5A应用范围应用范围:主主要要应应用用于于金金属属等等材材料料的的微微观组织与结构分析。观组织与结构分析。扫描隧道显微镜的工作示意图扫描隧道显微镜的工作示意图48个个Fe原原子子
4、形形成成“量量子子围围栏栏”，围栏中的电子形成驻波，围栏中的电子形成驻波.四、德布罗意波的统计解释四、德布罗意波的统计解释(1926,玻恩玻恩)在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近出现的几率成正比邻近出现的几率成正比,德布罗意波是几率波德布罗意波是几率波!光波光波波性波性：衍射图样亮处，衍射图样亮处，光强大光强大，粒子性：衍射图样亮处粒子性：衍射图样亮处,光强大，光子数多光强大，光子数多.统计解释统计解释：亮处，光子到达的概率大。亮处，光子到达的概率大。电子波电子波衍射图样亮处，电子到达该处的概率大，衍射图样亮处，电子到达该处的概率大，波的强度也大。波的
5、强度也大。统计解释：统计解释：16-5 测不准关系测不准关系(Uncertainty Principle)一一.测不准关系测不准关系在牛顿力学中，运动物体在任何时刻都有完全确定的在牛顿力学中，运动物体在任何时刻都有完全确定的位置位置，动量动量，能量能量，角动量角动量等。但对微观粒子，由于等。但对微观粒子，由于粒子的波动性，微观粒子在某个位置上仅以一定的概粒子的波动性，微观粒子在某个位置上仅以一定的概率出现，这就是说，粒子的位置是不能确定的。粒子率出现，这就是说，粒子的位置是不能确定的。粒子的位置虽不能确定，但基本上出现在某区域，例如出的位置虽不能确定，但基本上出现在某区域，例如出现在现在 内（
6、一维情形）或内（一维情形）或 内（三维情内（三维情形），称形），称 为粒子坐标的不确定量。为粒子坐标的不确定量。粒子的动量也是不能确定的，但动量基本上也有一个粒子的动量也是不能确定的，但动量基本上也有一个范围范围 （或（或 ），称），称为粒子动量的不确定量。为粒子动量的不确定量。同样的道理，粒子的其他力学量（能量，角动量）同样的道理，粒子的其他力学量（能量，角动量）也是不确定的。也是不确定的。经典力学认为，这六个不确定量：经典力学认为，这六个不确定量：原则上可以减少到零，因而原则上可以把粒子的位置原则上可以减少到零，因而原则上可以把粒子的位置和动量都测准。和动量都测准。1927年，德国物理学家
7、海森堡（年，德国物理学家海森堡（W.Heisenberg)发现，当我们企图用这些在宏观世界中总结出来的物理发现，当我们企图用这些在宏观世界中总结出来的物理量（牛顿力学中），来描述微观世界中的运动时，存在量（牛顿力学中），来描述微观世界中的运动时，存在着一定的困难，它们被下列关系式所限制：着一定的困难，它们被下列关系式所限制：海森伯测不准关系式海森伯测不准关系式nW.海森堡海森堡 n创立量子力学，创立量子力学，并导致氢的同素并导致氢的同素异形的发现异形的发现1932诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖电子束电子束x缝缝衍射图样衍射图样X方向电子的位置不准确量为：方向电子的位置不准确量为：屏屏幕幕长时间积
8、长时间积累后累后出出现现衍射衍射图样图样电电子一个一个子一个一个地通地通过单缝过单缝二二.用电子单缝衍射说明不确定关系用电子单缝衍射说明不确定关系X方向的分动量方向的分动量px的测不准量为：的测不准量为：电子束电子束x缝缝屏屏幕幕(单缝衍射）单缝衍射）考虑到在两个一级极小值之外还有电子出现，所以：考虑到在两个一级极小值之外还有电子出现，所以：经严格证明此式应为：经严格证明此式应为：这就是著名的这就是著名的海森伯测不准关系式海森伯测不准关系式测不准关系式的理解测不准关系式的理解1.用经典物理学量用经典物理学量动量、坐标来描写微动量、坐标来描写微观粒子行为时将会受到一定的限制观粒子行为时将会受到一
9、定的限制。*3.对于微观粒子的能量对于微观粒子的能量E 及它在能态上停留及它在能态上停留的平均时间的平均时间t 之间也有下面的测不准关系：之间也有下面的测不准关系：2.可以用来判别对于实物粒子其行为究竟应该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。用经典力学来描写还是用量子力学来描写。nW.海森堡海森堡 n创立量子力学，创立量子力学，并导致氢的同素并导致氢的同素异形体的发现异形体的发现1932诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖例：电视显象管中电子的加速电压为例：电视显象管中电子的加速电压为9kV，电子，电子枪枪口直径为枪枪口直径为0.1mm，求：出枪口之后电子的横向
10、速度，并加以讨论。求：出枪口之后电子的横向速度，并加以讨论。解：解：电子经电子经9kV加速后的速度为：加速后的速度为：讨论：由于讨论：由于，电子的波动性极小，图象清晰。，电子的波动性极小，图象清晰。例：小球质量例：小球质量m=10-3千克，速度千克，速度V=10-1米米/秒，秒，x=10-6米，则速率的不确定范围米，则速率的不确定范围为多大？为多大？不确定关系对宏观物体来说，实际上不确定关系对宏观物体来说，实际上是不起作用的。是不起作用的。解：解：例如：一电子具有例如：一电子具有200ms-1的速率，动量的不的速率，动量的不确定范围为动量的确定范围为动量的0.01%，则该电子的位置不，则该电子
11、的位置不确定范围有多大？确定范围有多大？解：解：电子的动量：电子的动量：动量的不确定范围：动量的不确定范围：电子的不确定范围：电子的不确定范围：电子位置的不确定范围甚至比原子的大小还要电子位置的不确定范围甚至比原子的大小还要大几亿倍。大几亿倍。所以坐标及动量可以同时确定所以坐标及动量可以同时确定1.宏观粒子的动量及坐标能否同时确定？宏观粒子的动量及坐标能否同时确定？，若，若的乒乓球的乒乓球,其直径其直径,可以认为其位可以认为其位置是完全确定的。其动量是否完全确定呢？置是完全确定的。其动量是否完全确定呢？例例问题？问题？电子动量是不确定的，应用量子力学处理。电子动量是不确定的，应用量子力学处理。例例一电子以速度一电子以速度穿过晶体。穿过晶体。2.微观粒子的动量及坐标是否永远不能同时确定？微观粒子的动量及坐标是否永远不能同时确定？