物质波公式

时间:2023-05-26 12:40:44编辑:优化君

具有质量m和速度v的运动粒子也具有波动性,这种波的波长等于普朗克恒量h跟粒子动量mv的比,即λ=h/(mv)。这个关系式后来就叫做德布罗意公式,即物质波公式。

在光具有波粒二象性的启发下,1924年法国物理学家德布罗意提出了一个假说,指出波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都有波粒二象性。

例如,电子的电荷是库,质量是千克,经过200 伏电势差加速的电子获得的能量。

这个能量就是电子的动能,即米/秒。于是,按照德布罗意公式这运动电子的波长是米,或者0.87 埃。

德布罗意波波长公式:式中,λ为被求解的物体的波长;c为光速;v表示物体的速度;m表示物体的质量;h为普朗克常量;p是动量;

对于宏观物体,波长至少在的量级以下。因为波长太小,宏观物体无法体现其波动性。[1]

单个光子的能量和动量可表示为:

式中,h为普朗克常量;c为光速;λ为光的波长;f为光的频率。

根据狭义相对论质能守恒公式,光子的能量又可表示为:

两式联立得到光子的波长与动量的关系式德布罗意认为,粒子也遵循这些规律。当质量为m的实物粒子运动时,其具有能量E和动量p;在波动性方面,其具有波长λ和频率f。

当推广到实物粒子时,将光子动量代换为实物动量,考虑相对论后做如下修正:

式中,v为物体运动速度;为物体的静止质量。

当实物粒子运动速度远小于光速()时,公式退化为:上面的推导过程可以推广到所有微观粒子,即:。

按照德布罗意的设想,,即是物质波的波速。

又物质波频率为,即得:

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