量子力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)課件第1章

1、量子力學(xué)部分（2012年春48學(xué)時(shí)）,張希仁 逸夫樓219房間,近代物理學(xué)（相對(duì)論、量子論）,物理學(xué),經(jīng)典物理學(xué)（力、熱、電、光、統(tǒng)計(jì)）,1900年,低速運(yùn)動(dòng)與高速運(yùn)動(dòng)的分界線(xiàn),微觀運(yùn)動(dòng)與宏觀運(yùn)動(dòng)的分界線(xiàn),宏 觀 低 速 經(jīng) 典 物 理宏 觀 高 速 相 對(duì) 論微 觀 低 速 量 子 力 學(xué)微 觀 高速 量 子 場(chǎng) 論,基本粒子 原子核 原子 分子 團(tuán)簇 納米體系 介觀體系,研 究 對(duì) 象,天體物理 宇宙學(xué) 能源 化學(xué) 生物學(xué) 材料科學(xué),量子力學(xué)研究范疇,反映微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論！ （分子、原子、原子核、基本粒子等）,20世紀(jì)20年代出現(xiàn)和建立，以量子論為基礎(chǔ)。,成為了近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之

2、一。 在化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。,高等數(shù)學(xué)微積分的思想是：把積分的范圍無(wú)限細(xì)分，最終獲得與真實(shí)曲線(xiàn)逼近的近似！,使用于物質(zhì)世界的微粒！,使用于物質(zhì)世界的物理量！,發(fā)現(xiàn)細(xì)分到一定程度以后，物質(zhì)有原子、分子，甚至有夸克等不可劃分的微粒組成，連續(xù)的物質(zhì)世界在微觀顯得像銀河系中的星體一樣不連續(xù)分布！,發(fā)現(xiàn)細(xì)分到一定程度以后，動(dòng)量、坐標(biāo)能量等呈現(xiàn)出不連續(xù)分布！以光譜學(xué)中的特征光譜為代表的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說(shuō)明世界是不連續(xù)的！,量子力學(xué),課程簡(jiǎn)介,量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)理論，是20世紀(jì)自然科學(xué)的重大進(jìn)展之一。設(shè)置這門(mén)課程的主要目的是： 使學(xué)生了解微觀世界矛盾的特殊性和微觀粒子的運(yùn)

3、動(dòng)規(guī)律，初步掌握量子力學(xué)的基本原理和一些重要方法，并初步具有運(yùn)用這些方法解決較簡(jiǎn)單問(wèn)題的能力。 使學(xué)生了解量子力學(xué)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，深化和擴(kuò)大在普通物理中學(xué)過(guò)的有關(guān)內(nèi)容，為學(xué)生以后的物理教學(xué)或進(jìn)一步學(xué)習(xí)與提高打下必要的基礎(chǔ)。,學(xué) 習(xí) 目 的,加深對(duì)物質(zhì)世界的理解，擴(kuò)大知識(shí)面。 作為進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)。 3. 掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。,學(xué)習(xí)方法 少問(wèn)為什么 多問(wèn)是什么 理解基本概念 掌握計(jì)算方法,著名物理學(xué)家費(fèi)曼說(shuō)： 科學(xué)是一種方法.它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到了什么程度，如何對(duì)待疑問(wèn)和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事 物，做出

4、判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象 .,怎樣學(xué)習(xí)量子力學(xué),著名物理學(xué)家愛(ài)因斯坦說(shuō)：發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立判斷地一般能力，應(yīng)當(dāng)始終放在首位，而不應(yīng)當(dāng)把專(zhuān)業(yè)知識(shí)放在首位.如果一個(gè)人掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論，并 且學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考和工作，他必定會(huì)找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細(xì)節(jié)知識(shí)為其培訓(xùn)內(nèi)容的人來(lái)，他一定會(huì)更好地適應(yīng)進(jìn)步和變化 .,教 材和參 考書(shū),1周世勛，量子力學(xué)教程，人民教育出版社。 習(xí)題解答 2曾謹(jǐn)言，量子力學(xué)教程，科學(xué)出版社。 習(xí)題解答 3、張永德，量子力學(xué)，科學(xué)出版社。 習(xí)題解答 4曾謹(jǐn)言，量子力學(xué)(卷)，科學(xué)出版社。 5錢(qián)伯初，量子力學(xué)，高等教育出版社。 6錢(qián)伯初、曾謹(jǐn)言，量子力學(xué)習(xí)題

5、精選與剖析（上下冊(cè)）。,1900年 M.Plank 提出了量子化假說(shuō)， 成功地解釋了黑體輻射問(wèn)題。,1905年 A.Einstein 將量子化概念明確為光子 的概念，并解釋了光電效應(yīng)。 同年創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。,1911年 E.Rutherfold 確定了原子核式結(jié)構(gòu),發(fā)展歷史,1924年 L.de Brglie 提出了“物質(zhì)波”思想。,1913年 N.Bohr 提出原子結(jié)構(gòu)的量子化理論（舊量子論）,1925年 W.Heisenberg 建立量子力學(xué)的 “矩陣形式”,1926年 E.Schrdinger 建立量子力學(xué)的 “波動(dòng)形式” 并證明了與“矩陣形式”等價(jià)。,1927年 Davission,

6、 Germer 電子衍射實(shí)驗(yàn), 1927年 W.Heisenberg 得出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,1927年 Dirac 發(fā)展了電磁場(chǎng)的量子理論 1928年 Dirac 建立了相對(duì)論量子力學(xué)（ Dirac方程）,美國(guó)Princeton大學(xué)和英國(guó)Sheffield大學(xué)的研究人員合作開(kāi)發(fā)出雙波長(zhǎng)輸出的中紅外量子級(jí)聯(lián)（QC）激光器,1927年海特勒和倫敦用量子力學(xué)基本原理討論氫分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，說(shuō)明了兩個(gè)氫原子能夠結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)定的氫分子的原因，并且利用相當(dāng)近似的計(jì)算方法，算出其結(jié)合能。由此，使人們認(rèn)識(shí)到可以用量子力學(xué)原理討論分子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，從而逐漸形成了量子化學(xué)這一分支學(xué)科。,外腔量子級(jí)聯(lián)激光器的多種應(yīng)用,太赫茲量子

7、級(jí)聯(lián)激光器,德國(guó)應(yīng)力波探測(cè)器,量子鼻,量子器件,量子化學(xué),量子生物學(xué),量子高達(dá),量子力學(xué)應(yīng)用,主要內(nèi)容： 經(jīng)典力學(xué)的困難 光的波粒二象性 （a）波動(dòng)性 （b）黑體輻射 （c）光電效應(yīng) (d)康普頓效應(yīng) 原子的線(xiàn)光譜和原子結(jié)構(gòu)理論 微粒的波粒二象性,第一章 緒論,1.1 經(jīng)典物理學(xué)的困難,19世紀(jì)末期，經(jīng)典物理相當(dāng)完善：,認(rèn)為物理現(xiàn)象的基本規(guī)律已經(jīng)完全揭露了！,認(rèn)為剩下的只是把這些基本規(guī)律應(yīng)用于各種具體問(wèn)題！,認(rèn)為僅有計(jì)算而已！,一 經(jīng)典物理學(xué)的成就,1899年開(kāi)爾文在歐洲科學(xué)家新年聚會(huì)的賀詞中說(shuō)：物理學(xué)晴朗的天空上， 飄著幾朵令人不安的烏云,黑體輻射,邁克爾遜 莫雷實(shí)驗(yàn),光電效應(yīng),氫原子光譜,

8、康普頓效應(yīng),量子力學(xué),狹義相對(duì)論,世紀(jì)之交實(shí)驗(yàn)物理學(xué)對(duì)理論物理學(xué)的挑戰(zhàn),一、光的波動(dòng)性,紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫,1.2 光的波粒二象性,光在P點(diǎn)的強(qiáng)度為I：,當(dāng)P點(diǎn)滿(mǎn)足如下關(guān)系式時(shí)該點(diǎn)的光強(qiáng)最強(qiáng),當(dāng)P點(diǎn)滿(mǎn)足如下關(guān)系式時(shí)該點(diǎn)的光強(qiáng)最弱,光是波動(dòng)的！ 光的電磁波理論得到支持！,波動(dòng)性楊氏雙縫干涉,大量的幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn),問(wèn)題： 輻射與周?chē)矬w處于平衡狀態(tài)時(shí)的能量按照波長(zhǎng)（頻率）的分布？,常識(shí)： 所有物體都發(fā)出熱輻射，這種輻射是一定波長(zhǎng)范圍的電磁波； 對(duì)外來(lái)的輻射物體有反射或吸收作用。,黑體的定義： 若一個(gè)物體能全部吸收投射到它上面的輻射而無(wú)反射和透射（黑體仍然要向外輻射），這種物體就成為絕對(duì)黑體，

9、簡(jiǎn)稱(chēng)黑體。,基爾霍夫輻射定律(Kirchhoff)： 在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物性無(wú)關(guān)，只與波長(zhǎng)和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體，可叫作完全輻射體。,實(shí)驗(yàn)表明：輻射能量密度按照波長(zhǎng)分布的曲線(xiàn)，其形狀和位置只與黑體的絕對(duì)溫度有關(guān)，而與空腔的形狀、組成物質(zhì)無(wú)關(guān)！,輻射平衡： 當(dāng)空腔與內(nèi)部輻射處于平衡時(shí)，腔壁單位面積所發(fā)射出的輻射能量和它所吸收的輻射能量相等。,一個(gè)空腔可以看作是黑體！,二、黑 體 輻 射,Wien 公式 (1893),從熱力學(xué)出發(fā)加上一些特殊的假設(shè)，得到一個(gè)分布公式：, 斯忒藩(Stefan)-玻耳茲曼定律,維

10、恩位移定律,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)絕對(duì)黑體的 溫度升高時(shí)，單色輻出度 最大值m 向短波方向移動(dòng)。,在一定溫度下，絕對(duì)黑體的與輻射本領(lǐng)最大值相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和絕對(duì)溫度T的乘積為一常數(shù)。維恩位移定律僅與黑體輻射的實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)的短波部分相符合。,瑞利和瓊斯（1900年初）用能量均分定理電磁理論（經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)）得出：,只適于長(zhǎng)波，有所謂的“紫外災(zāi)難”：,瑞利-金斯公式,紫外災(zāi)難：在經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論中，能量均分定理預(yù)言黑體輻射的強(qiáng)度在紫外區(qū)域會(huì)發(fā)散至無(wú)窮大！,普朗克的擬合結(jié)果,Planck 黑體輻射定律,究竟是什么機(jī)制使空腔的原子產(chǎn)生出所觀察到的黑體輻射能量分布，對(duì)此問(wèn)題的研究導(dǎo)致了量子物理學(xué)的誕生。,1900年

11、月日Planck 提出： 如果空腔內(nèi)的黑體輻射和腔壁原子處于平衡，那么輻射的能量分布與腔壁原子的能量分布就應(yīng)有一種對(duì)應(yīng)。作為輻射原子的模型，Planck 假定：, 普朗克能量子假說(shuō),* 輻射物體中包含大量諧振子，它們的能量取分立值,* 存在著能量的最小單元（能量子=h),* 振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量,從理論上推出：,分別是玻爾茲曼常數(shù)和光速。,h=6.62610-34焦耳。,紫,外,災(zāi),難,意義： 普朗克的理論開(kāi)始突破了經(jīng)典物理學(xué)的束縛，打開(kāi)了認(rèn)識(shí)光的微粒性的途徑！,對(duì) Planck 輻射定律的二點(diǎn)討論：,（1）當(dāng) v 很大（短波）時(shí)，因?yàn)?exp(hv/kT)-1 exp

12、(hv/kT)，于是Planck 定律 化為 Wien 公式。,（2）當(dāng) v 很?。ㄩL(zhǎng)波）時(shí)，因?yàn)?exp(hv/kT)-1 1+(hv/kT)-1=(hv/kT)， 則 Planck 定律變?yōu)?Rayleigh-Jeans 公式。,普朗克,黑體輻射定律是德國(guó)物理學(xué)家普朗克(Max Planck)于1900年所創(chuàng)的黑體輻射定律，是公認(rèn)的物體間熱力傳導(dǎo)基本法則，雖然有物理學(xué)家懷疑此定律在兩個(gè)物體極度接近時(shí)不能成立，但始終無(wú)法證明和提出實(shí)證。 美國(guó)麻省理工學(xué)院 (MIT)2009年7月30日宣布，該校動(dòng)力工程學(xué)華裔教授陳剛與其團(tuán)隊(duì)的研究，首次打破“黑體輻射定律”的公式，證實(shí)物體在極度近距時(shí)的熱力傳

13、導(dǎo)，可 以高到定律公式所預(yù)測(cè)的一千倍之多。該研究在“NanoLetter” 2009年8月號(hào)科學(xué)雜志上發(fā)表。,首先是盡管普朗克給出了量子化的電磁波能量表達(dá)式，普朗克并沒(méi)有將電磁波量子化，這在他1901年的論文以及這篇論文對(duì)他早先文獻(xiàn)的引用中就可以看到。他還在他的著作 熱輻射理論（Theory of Heat Radiation）中平淡無(wú)奇地解釋說(shuō)量子化公式中的普朗克常數(shù)（現(xiàn)代量子力學(xué)中的基本常數(shù)）只是一個(gè)適用于赫茲振蕩器的普通常數(shù)。,地球的黑體輻射,真正從理論上提出光量子的第一人是于1905年成功解釋光電效應(yīng)的愛(ài)因斯坦，他假設(shè)電磁波本身就帶有量子化的能量，攜帶這些量子化的能量的最小單位叫光量子

14、。1924年薩特延德拉納特玻色發(fā)展了光子的統(tǒng)計(jì)力學(xué)，從而在理論上推導(dǎo)了普朗克定律的表達(dá)式。,三.光電效應(yīng),光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,愛(ài)因斯坦,愛(ài)因斯坦,激光與金屬材料相互作用的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,只有當(dāng)光的頻率大于一定值時(shí)，才有光電子發(fā)射出來(lái)； 光的頻率低于這個(gè)值時(shí)，不論光的強(qiáng)度多大、照射時(shí)間多長(zhǎng)，都沒(méi)有光電子產(chǎn)生； 光電子的能量只與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；光的頻率越高，光電子的能量就越大； 光的強(qiáng)度只影響光電子的數(shù)目，強(qiáng)度增大則光電子的數(shù)目就增多。,按照電磁理論，光的能量只決定于光的強(qiáng)度，與光的頻率無(wú)關(guān)！,矛盾,電磁輻射不僅在被發(fā)射和吸收時(shí)以能量為hv的微粒形式出現(xiàn)，而且以這種形式按照速度c在空間

15、運(yùn)動(dòng)。,這種粒子叫做光量子或光子。,利用這種觀點(diǎn)，愛(ài)因斯坦成功解釋了光電效應(yīng)！,當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，能量為hv的光子被電子吸收，電子把這能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引力，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面后的動(dòng)能，能量關(guān)系可以寫(xiě)成：,光子能量hv大于W0時(shí)，才有電子脫離金屬表面； 光子的頻率決定光電子的動(dòng)能（速度）； 光的強(qiáng)度只決定光子的數(shù)目，光子多產(chǎn)生的光電子也多。,成功解釋了光電效應(yīng)！,粒子性與波動(dòng)性的完美統(tǒng)一！,雖然愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋是對(duì)Planck量子概念的極大支持，但是Planck不同意愛(ài)因斯坦的光子假設(shè)，這一點(diǎn)流露在Planck推薦愛(ài)因斯坦為普魯士科學(xué)院院士的推薦信中。

16、,“ 總而言之，我們可以說(shuō)，在近代物理學(xué)結(jié)出碩果的那些重大問(wèn)題中，很難找到一個(gè)問(wèn)題是愛(ài)因斯坦沒(méi)有做過(guò)重要貢獻(xiàn)的，在他的各種推測(cè)中，他有時(shí)可能也曾經(jīng)沒(méi)有射中標(biāo)的，例如，他的光量子假設(shè)就是如此，但是這確實(shí)并不能成為過(guò)分責(zé)怪他的理由，因?yàn)榧词乖谧罹艿目茖W(xué)中，也不可能不偶爾冒點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)去引進(jìn)一個(gè)基本上全新的概念 ”,光電效應(yīng)應(yīng)用,四、康普頓效應(yīng),Result: peak in scattered radiation shifts to longer wavelength than source. Amount depends on (but not on the target material).,A.

17、H. Compton, Phys. Rev. 22 409 (1923),Detector,康普頓的實(shí)驗(yàn)照片,吳有訓(xùn),康普頓和吳有訓(xùn)共同實(shí)驗(yàn),討 論,普朗克常數(shù)h在微觀現(xiàn)象中的地位重要！,宏觀現(xiàn)象：凡h與其他物理量相比較可以忽略，輻射能量可以連續(xù)變化的現(xiàn)象。 微觀現(xiàn)象：凡是h在其中起重要作用的現(xiàn)象；,波粒二象性：光就具有微粒和波動(dòng)的雙重性質(zhì)，成為波粒二象性。,氫原子的里德伯常量,從1885年,瑞士一名中學(xué)教師Balmer發(fā)現(xiàn)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)氫原子光譜滿(mǎn)足如下的規(guī)律,1.3原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論,巴耳末公式,1885年由瑞士數(shù)學(xué)教師巴耳末,由巴爾末公式可知，若光譜中有頻率為v1和v2的兩條譜線(xiàn)，則常常

18、有v1+v2或v1-v2的譜線(xiàn)，這種原則成為并合原則。,氫原子譜線(xiàn),氫原子光譜圖,經(jīng)典理論在原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題上也遇到了不可克服的困難。,1、不能建立一個(gè)穩(wěn)定的原子模型，電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，輻射電磁波，最終將落到原子核中去，這與穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)相矛盾！ 2、加速電子所產(chǎn)生的電磁輻射的頻率是連續(xù)分布的，這與原子譜是分立譜線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)相矛盾！ 3、經(jīng)典理論中，若體系發(fā)出頻率v的波，則也可以發(fā)出v的整數(shù)倍的波，這與并合原則矛盾！,玻爾的量子化假設(shè)：(1913 年 ),（1）定態(tài)假設(shè)：原子系統(tǒng)只能處在一系列具有不連續(xù)能量的狀態(tài)，在這些狀態(tài)上電子雖然繞核做圓周運(yùn)動(dòng)但并不向外輻射電磁波。這些狀態(tài)稱(chēng)為原子系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)

19、（簡(jiǎn)稱(chēng)定態(tài)）。,這些定態(tài)的能量: E1，E2，E3，En,玻爾理論,英國(guó)劍橋大學(xué)的學(xué)生NBohr,（2）量子化條件：在這些穩(wěn)定狀態(tài)下電子繞核運(yùn)動(dòng)的軌道角動(dòng)量的值，必須為 h / 2 的整數(shù)倍，是不連續(xù)的，即有：,（3）躍遷假設(shè)：電子從一個(gè)能量為En 穩(wěn)定態(tài)躍遷 到另一能量為Em穩(wěn)定態(tài)時(shí)，要吸收或發(fā)射一個(gè)頻率為的光子，有：, 輻射頻率公式,假設(shè)1 是經(jīng)驗(yàn)性的，它解決了原子的穩(wěn)定性問(wèn)題； 假設(shè)2 表述的角動(dòng)量量子化原先是人為加進(jìn)去的，后來(lái)知道它可以從德布羅意假設(shè)得出； 假設(shè)3 是從普朗克量子假設(shè)引申來(lái)的，因此是合理的，它能解釋線(xiàn)光譜的起源。,結(jié)論：電子軌道是量子化的：能量是量子化的。,能量最低的狀

20、態(tài)叫基態(tài)，其他狀態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。,按照玻爾的這些假設(shè)，從經(jīng)典力學(xué)可以推出能級(jí)和廣義巴耳末公式,索末菲將玻爾的量子化條件推廣為,可以應(yīng)用于多自由度情況，如只有一個(gè)價(jià)電子（Li，Na，k等）的原子光譜計(jì)算，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合很好！,H原子能級(jí),Balmr線(xiàn)系,波爾量子論的局限性,1. 不能證明較復(fù)雜的原子甚至比氫稍微復(fù)雜的氦原 子的光譜； 2. 不能給出光譜的譜線(xiàn)強(qiáng)度（相對(duì)強(qiáng)度）； 3. Bohr 只能處理周期運(yùn)動(dòng)，不能處理非束縛態(tài)問(wèn)題，如散射問(wèn)題； 4. 從理論上講，能量量子化概念與經(jīng)典力學(xué)不相容。多少帶有人為的性質(zhì)，其物理本質(zhì)還不清楚。,波爾量子論首次打開(kāi)了認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的大門(mén)，取得了很大的成功。

21、但是它的局限性和存在的問(wèn)題也逐漸為人們所認(rèn)識(shí),“玻爾理論”的提出，打破了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面，開(kāi)創(chuàng)了揭示微觀世界基本特征的前景，為量子理論體系奠定了基礎(chǔ)，這是一種了不起的創(chuàng)舉，不愧為愛(ài)因斯坦的評(píng)價(jià)玻爾的電子殼層模型是思想領(lǐng)域中最高的音樂(lè)神韻。,玻爾理論的偉大意義,直到1924年，德布羅意揭示出微觀粒子具有根本不同于宏觀質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)“波粒二象性”之后，一個(gè)較為完整的描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)才逐漸建立起來(lái)！,1.4 微觀粒子的波粒二象性,一、德布羅意的物質(zhì)波,德布羅意 (due de Broglie, 1892-1960),德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對(duì)

22、比的方法分析問(wèn)題。 1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。1924年，在博士論文關(guān)于量子理論的研究中提出德布羅意波,同時(shí)提出用電子在晶體上作衍射實(shí)驗(yàn)的想法。 愛(ài)因斯坦覺(jué)察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開(kāi)一幅大幕的一角”。,法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,法國(guó)物理學(xué)家德布羅意(Louis Victor due de Broglie, 1892-1987) 在1923年910月間，連續(xù)發(fā)表三篇短文：輻射波和量子、光學(xué) 光量子、衍射和干涉、物理學(xué)量子、氣體動(dòng)理論及費(fèi)馬原理。1924年，在他的博士論文量子論研究中，他全面論

23、述了物質(zhì)波理論，這一理論以后為薛定愕接受而導(dǎo)致了波動(dòng)力學(xué)的建立。 德布羅意把愛(ài)因斯坦關(guān)于光的波粒二象性的思想加以擴(kuò)展。他認(rèn)為實(shí)物粒子如電子也具有物質(zhì)周期過(guò)程的頻率，伴隨物體的運(yùn)動(dòng)也有由相位來(lái)定義的相波即德布羅意波，后來(lái)薛定愕解釋波函數(shù)的物理意義時(shí)稱(chēng)為“物質(zhì)波”。德布羅意在并無(wú)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的條件下提出的新理論在物理學(xué)界掀起了軒然大波。,波粒二象性（wave-particle duality）是指某物質(zhì)同時(shí)具備波的特質(zhì)及粒子的特質(zhì)。,德布羅意回憶說(shuō)：“我當(dāng)時(shí)只不過(guò)是一種想法，不過(guò)尚沒(méi)有誕生，而且覺(jué)得這種想法不敢講出去”。事實(shí)上德布羅意提出以上想法后，也沒(méi)有被大家接受，直到他的導(dǎo)師朗之萬(wàn)將其論文的復(fù)制品

24、交給愛(ài)因斯坦，愛(ài)因斯坦稱(chēng)贊他“揭開(kāi)了大幕的一角”才引起學(xué)術(shù)界的重視，并研究如何從實(shí)驗(yàn)上去驗(yàn)證。,一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率V 運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量E和動(dòng)量P所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率n和波長(zhǎng)l所描述的波動(dòng)性。,德布羅意關(guān)系,自由粒子,單色平面波,低速運(yùn)動(dòng),若V=150伏,若V=104伏,二、電子衍射實(shí)驗(yàn),1、戴維遜-革末實(shí)驗(yàn),戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)(1927-1928年)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋?zhuān)瑥亩?yàn)證了物質(zhì)波的存在。1937年他們與G. P.湯姆孫一起獲得Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)。,實(shí)驗(yàn)裝置： 電子從燈絲K飛出，經(jīng)電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，通過(guò)狹縫后成為很細(xì)的電子束，投射到晶體M上，散射后進(jìn)入電子探測(cè)器，由電流計(jì)G測(cè)量出電流。,K,顯然將電子看成微粒無(wú)法解釋!,電子由電子槍發(fā)射，在晶體表面被散射； 散射電子束由法拉第圓筒收集； 法拉第圓筒可以轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)散射角； 散射電子束的強(qiáng)度可以由法拉第圓筒相連接的電流計(jì)讀出。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 散射角改變時(shí)，電子束強(qiáng)度隨之改變，當(dāng)散射角