摘要：德布罗意假设的实验验证 德布罗意关于物质波的假设在微观粒子的衍射实验中得到了验证.其中最有代表性的是电子散射实验.透射实验和双缝干涉实验.这些实验有力地证明了德布罗意物质波假说的正确性. 实物粒子的衍射效应在近代科技中有广泛的应用.例如中子衍射技术.已成为研究固体微观结构的最有效的手段之一. 光学仪器的分辨率与波长成正比.而电子的德布罗意波长比光波长短很多.例如在10万伏的加速电压下.电子的波长只有0.004 m.比可见光短10万倍左右.因而利用电子波代替光波制成电子显微镜就可以有极高的分辨本领.现代的电子显微镜不仅可以直接看到如蛋白质一类的大分子.而且能分辨单个原子的尺寸.为研究物质结构提供了有力的工具. (1) 电子散射实验 电子散射实验的典型代表是戴维孙-革末实验.1927年戴维孙和革末用电子束垂直投射到镍单晶.电子束被散射.电子经晶格散射后在某一特定方向衍射极大.这一结果与X射线散射相似.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. 衍射加强时的电子德布罗意波长应满足布拉格公式 式中是入射电子束对晶面的掠射角.d是晶面间距.晶面间距d与镍原子的间隔l的关系是,考虑第一级衍射极大.有 由图知电子相对于入射方向的散射角与掠射角之间有关系.因此上式可写成 当加速电压U=54伏.加速电子的能量: 电子的德布罗意波长: 镍的原子间隔是21.5nm.由此求出衍射第一极大的散射角度: 实验测量出的值.是理论值比实验值稍大的原因是电子受正离子的吸引.在晶体中的波长比在真空中稍小.经修正后.理论值与实验结果完全符合. (2) 电子透射实验 电子穿过晶体薄片后产生的衍射.与X射线通过晶体的衍射极其类似.汤姆逊实验证明了电子在穿过金属片后也象X射线一样产生衍射现象.下图是电子射线通过多晶时的衍射图样. 戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动性分享1937年的物理学诺贝尔奖金. (3) 电子双缝干涉实验 1960年.约恩孙直接做了电子双缝干涉实验.从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片.干涉图样如下图所示. 在电子波动性获得证实以后.在其它一些实验中也观察到中性粒子如分子.原子和中子等微观粒子.也具有波动性.1988年蔡林格等做了中子的双缝实验.德布罗意公式也同样正确.德布罗意公式成了波粒二象性的统一性的基本公式.德布罗意由于发现电子的波动性.荣获1929年诺贝尔物理学奖. [例1]求波长都等于0.2nm的光子与电子的总能量和动量 [例2]电子通过单缝的实验中.加速电压.垂直穿过的单缝.求: ① 加速后的速率, ② 电子相应的波长, ③ 中央明纹的半角宽度 解:① ② ③ 第四讲 测不准关系

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