For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for 戴维森-革末实验.

戴维森-革末实验

维基百科,自由的百科全书

克林顿·戴维森(左边)和雷斯特·革末(右边),1927 年。戴维森手中拿着电子衍射实验的仪器。
克林顿·戴维森(左边)和雷斯特·革末(右边),1927 年。戴维森手中拿着电子衍射实验的仪器。

戴维森-革末实验克林顿·戴维森雷斯特·革末设计与研究成功的一个量子力学实验。他们用低速电子入射于镍晶体,取得电子的衍射图案。发表于 1927 年,这实验为德布罗意假说(所有物质都具有的性质,即波粒二象性),提供了不可否定的证据。因此,戴维森获得了诺贝尔物理学奖。在量子力学的发展史上,这实验证实了其正确性,使得那时刚创立的量子力学,获得了物理学家的广泛接受。

历史

1924 年,路易·德布罗意发表了他的博士论文。在论文里,他建议一个新颖的点子:所有的物质都具有波的性质[1]。根据德布罗意,粒子的能量 与其物质波频率 的关系为

其中,普朗克常数

还有,粒子的动量 与其物质波波长 的关系为

这关系称为德布罗意关系

1926 年,在知道戴维森-革末实验的初步结果之后,瓦尔特·爱尔沙色英语Walter M. Elsasser (Walter Elsasser) 试着寻找一个能够解释这结果的理论。他发觉,这是电子的衍射现象,类似于 X射线晶体衍射[2]


1927 年,在贝尔实验室,戴维森与革末将低速电子入射于一个晶体标靶[3]。他们细心地测量散射到每个角度的电子强度。他们发觉衍射图案与威廉·布拉格预测的 X射线的衍射图案相同。戴维森-革末实验证实了德布罗意假说的正确性。这个实验与康普顿散射实验,证实了量子力学理论的一个基本角柱:波粒二象性。

实验

实验设计图。
实验设计图。

在戴维森-革末实验里,一个电子枪连续地射出一束电子,以直角角度,入射在一个镍晶体(垂直于晶体的表面)。电子枪内部的金属丝,在经过加热后,释放出热受激态电子。这些电子经过位势差 的加速,给予了它们动能 。在与镍晶体碰撞后,电子会朝各个方向散射出去。使用电子侦测器,可以测量出来电子的散射强度与散射角度的数据关系。在散射角度为 的方向,戴维森与革末发现散射强度特别显著。

布拉格定律 (Bragg's law) 的方程为

其中, 是正值整数, 是波长, 是晶体表面原子与原子之间的距离, 是入射线与晶体平面之间的角度。

散射角度 与入射角度 的关系是

代入布拉格定律方程,则可得到

设定 为镍晶体表面原子与原子之间的距离, 。我们可以计算出,波长是 。这正好是 电子的德布罗意波长。

参阅

参考文献

  1. ^ R. Eisberg, R. Resnick. Chapter 3 – de Broglie's Postulate—Wavelike Properties of Particles. Quantum Physics: of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles 2nd Edition. John Wiley & Sons. 1985. ISBN 0-471-87373-X. 
  2. ^ Rubin, Harry. Walter m. Elsasser. National Academies Press. [2008-08-26]. (原始内容存档于2015-06-14). 
  3. ^ C. Davisson, L. H. Germer. Reflection of electrons by a crystal of nickel. Nature. 1927,. Vol. 119: 558–560. 

外部链接

{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
戴维森-革末实验
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.