Экспериментальное доказательство волновых свойств вещества

Фотография тонкой плёнки кристаллического золота, сделанная с помощью просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai G2

0.98M

Category:

physics

Квантовая физика

1. Квантовая физика

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Ведёт доцент кафедры общей
физики МИЭТ В.Б. Гундырев
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

2. Квантовая физика

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
• Волновая функция
• Волны де Бройля
• Соотношения неопределённости
Гейзенберга
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
2

3.

Квантово-волновой дуализм света
Свет является реальным
физическим объектом, который не
сводится ни к волне, ни к частице в
обычном смысле. Эти понятия
дают лишь приближённый способ
описания объектов с более общими
свойствами.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

4.

Клинтон Джозеф Дэвиссон (слева) и Лестер
Халберт Джермер (справа) в 1927 году с
аппаратом, использованным в их
исследованиях.
4

5.

Опыты Дэвиссона и Джермера по
дифракции электронов
б
а
Отдельный
фотон
w(y)
Пучок
фотонов
y
Э
Э
в
w(y)
г
Отдельный
электрон
Пучок
электронов
Э
Э
Дифракция фотонов и электронов на щели: а – отдельного фотона;
б – пучка фотонов; в – отдельного электрона; г – пучка электронов.
На рис. а и в крестиком отмечены места на экране, куда могут попасть
соответственно фотон и электрон

6.

7.

Дебройлевская длина волны
,
Волновая или пси-функция
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

8.

Дебройлевская длина волны
Оценка длины волны
пси-функции методом
размерности
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

9.

Дебройлевская длина волны
Длина волны для частиц – от чего
может зависеть?
Предположим, что
Здесь А – безразмерная константа
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

10.

Дебройлевская длина волны
Выпишем единицы измерения величин
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

11.

Дебройлевская длина волны
Тогда получаем:
или
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

12.

Дебройлевская длина волны
Единицы измерения в левой и
правой частях равенства
должны быть одинаковы, а
значит и показатели степени у
одинаковых единиц должны
быть одинаковы:
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

13.

14.

15.

16.

17.

18.

Длины волн де Бройля различных объектов
Объект
Электрон, ускоренный
разностью потенциалов
1 В (ЕК=1 эВ)
Электрон, ускоренный
разностью потенциалов 1000 В
Молекула водорода в воздухе
летом
Пылинка массой 1 мг, имеющая
скорость 1 см в секунду
Лектор у доски – масса 100 кг,
скорость
– метр в секунду.
©ORCID
0000-0001-8469-5062,SPIN-код:
7287-6591
Длина волны Размер для
де Бройля, нм сравнения, нм
1,2
Диаметр
ядра атома
0, 04
Диаметр
атома

19. Экспериментальное доказательство волновых свойств вещества

20.

21.

22.

Связь длины волны де Бройля электрона с
ускоряющим напряжением
Эксперимент:
Теория:
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

23. Фотография тонкой плёнки кристаллического золота, сделанная с помощью просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai G2

24.

25.

26.

27.

28.

29.

Дифракция электронов № 5.96
Классические представления
Засвеченность
фотоплёнки на экране

30.

31.

32.

33.

Вернер Карл Гейзенберг
(1901-1976)
1927 г.
Сформулировал принцип
неопределённости
Нобелевская премия 1932 г.

34. Принцип дополнительности Бора

Получение экспериментальной информации об одних
физических величинах, описывающих микрообъект,
неизбежно связано с потерей информации о некоторых
других величинах, дополнительных к первым:
координата – импульс
потенциальная энергия – кинетическая энергия
и некоторые другие пары величин

35.

36.

37.

38.

39.

40. 41. Ключевые понятия, формулы и выводы

42. Ключевые понятия и выводы

• Квантово-волновой дуализм света – свет
является реальным физическим объектом,
который не сводится ни к волне, ни к частице в
обычном смысле. Эти понятия дают лишь
приближённый способ описания объектов с
более общими свойствами. Эти объекты для
удобства называют квантами, а волны и частицы
– две формы, в которых проявляется их
физическая сущность.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
42

43. Ключевые понятия и выводы

• Квантово-волновой дуализм частиц – подобно
фотонам, элементарные частицы способны
проявлять как квантовые, так и волновые
свойства. В отличие от фотонов волны не
электромагнитной природы, а волны
вероятности – вероятности обнаружить частицу в
данной точке пространства.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
43

44. Ключевые понятия и выводы

• Дебройлевская длина волны – длина волны
вероятности, которую можно поставить в
соответствие любой частице.
• Соотношение неопределённостей Гейзенберга –
произведение неопределенностей координат и
проекций импульсов, а также неопределенности
энергии и времени, необходимого для
измерения этой энергии, не превышает по
порядку величины половины редуцированной
постоянной Планка.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
44

45. Ключевые формулы

Название
Дебройлевская длина волны
Соотношения неопределённостей
Гейзенберга
45

46. 

English Русский Rules