Bài giảng Vật lý 2: Chương 6 - Lê Quang Nguyên

Bài giảng Vật lý 2: Chương 1 cung cấp cho người học những kiến thức về cơ sở cơ học lượng tử. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Lưỡng tính sóng-hạt của vật chất, phương trình Schrödinger, hạt trong giếng thế vô hạn một chiều, hệ thức bất định Heisenberg, kính hiển vi quét dùng hiệu ứng đường ngầm (STM).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý 2: Chương 6 - Lê Quang Nguyên Nội dung 1. Lưỡng tính sóng-hạt của vật chất 2. Phương trình Schrödinger 3. Hạt trong giếng thế vô hạn một chiều Cơ sở 4. Hệ thức bất định Heisenberg Cơ Học Lượng Tử 5. Kính hiển vi quét dùng hiệu ứng đường ngầm (STM) Lê Quang Nguyên www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen nguyenquangle59@yahoo.com 1. Lưỡng tính sóng hạt của vật chất 1a. Giả thuyết De Brogliea. Giả thuyết De Broglie • Ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt.b. Ví dụ • Các hạt vật chất phải chăng cũng có lưỡng tính sóng-hạt?c. Kiểm chứng • De Broglie, 1923 − các hạt vật chất cũng làd. Ứng dụng sóng, bước sóng vật chất (hay sóng De Broglie)e. Bản chất của sóng vật của một hạt có động lượng p là: chấtf. Bài tập h λ= p Louis De Broglie 1892-1987 1b. Ví dụ 1 1b. Ví dụ 2• Voi Dumbo khối lượng • Bước sóng De Broglie của một hạt bụi khối 1000 kg, bay với vận tốc lượng 10−9 kg rơi với vận tốc 0,020 m/s. 10 m/s sẽ có bước sóng h 6,626 × 10−34 J ⋅ s De Broglie là bao nhiêu? λ = = −9 = 3,313 × 10−23 m p 10 kg × 0,020m s h 6,626 × 10−34 J ⋅ s λ= = = 6,626 × 10−38 m p 10 kg × 10m s 3 • Bước sóng này cũng quá nhỏ để có thể quan sát được.• Bước sóng này quá nhỏ • Các hạt vĩ mô không thể hiện rõ tính sóng. để có thể quan sát được. 1b. Ví dụ 3 1c. Kiểm chứng thực nghiệm 1• Một electron trong mạch điện hay trong • Davisson và Germer, 1927: electron có thể nguyên tử có động năng trung bình vào khoảng nhiễu xạ trên tinh thể Nickel giống như tia X 1 eV, có bước sóng De Broglie bằng: vậy. h 6,626 × 10−34 J ⋅ s • Nhiễu xạ của electron trên tinh thể cũng tuân λ= = theo định luật Bragg. 2mK ( ) ( 2 × 9,11 ⋅ 10−31 kg × 1,6 ⋅ 10−19 J ) • Bước sóng electron đo được phù hợp với giả = 10−9 m = 10Å thuyết De Broglie.• Bước sóng này vào cỡ kích thước của nguyên tử nên có thể quan sát được.• Các hạt vi mô thể hiện rõ tính sóng. 1c. Kiểm chứng thực nghiệm 2 1c. Kiểm chứng thực nghiệm 3• G. P. Thomson, 1927: electron có thể nhiễu xạ • Zeilinger et al., 1988: Nhiễu xạ neutron trên hai trên màng mỏng kim loại, tạo ra vân tròn khe. tương tự như tia X nhiễu xạ trên bột đa tinh thể. Electron Tia X 1c. Kiểm chứng thực nghiệm 4 1d. Ứng dụng của sóng De Broglie • Kính hiển vi điện tử dùng sóng electron thay cho sóng ánh sáng, có độ phóng đại lên đến 2 triệu lần. • Nhiễu xạ electron, nhiễu xạ neutron được dùng để tìm hiểu cấu trúc vật chất, tương tự như nhiễu xạ tia X.• Sóng dừng của electron trên bề mặt đồng, ảnh chụp bằng Scanning Tunneling Microscope (IBM Almaden Research Center). 1e. Bản chất của sóng De Broglie − 1 1e. Bản chất của sóng De Broglie − 2• Giao thoa của sóng electron trên hệ hai khe: • Max Born, 1928: sóng vật chất là sóng xác suất. • Bình phương biên độ hàm sóng ở một vị trí thì tỷ lệ với xác suất tì ...