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德布罗意波长计算公式

2025-09-24 05:57:42

问题描述:

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2025-09-24 05:57:42

德布罗意波长计算公式】在量子力学的发展过程中,法国物理学家路易·德布罗意(Louis de Broglie)提出了一个重要的假设:所有物质都具有波动性。这一假设后来被实验证实,并成为量子力学的重要基础之一。德布罗意波长是描述微观粒子(如电子、质子等)波动性质的一个关键参数,其计算公式为:

$$

\lambda = \frac{h}{p}

$$

其中:

- $\lambda$ 是德布罗意波长;

- $h$ 是普朗克常数(约为 $6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}$);

- $p$ 是粒子的动量。

该公式表明,粒子的波长与其动量成反比。动量越大,波长越短;动量越小,波长越长。因此,宏观物体由于动量巨大,其波长极短,几乎无法观测到波动性;而微观粒子则表现出明显的波动特性。

德布罗意波长计算公式总结

名称 含义 公式 单位
德布罗意波长 描述微观粒子波动性的长度 $\lambda = \frac{h}{p}$ 米(m)
普朗克常数 量子力学中的基本常数 $h = 6.626 \times 10^{-34} \, \text{J·s}$ 焦耳·秒(J·s)
动量 粒子的质量与速度的乘积 $p = mv$ 千克·米/秒(kg·m/s)

应用实例

以电子为例,若电子的速度为 $v$,质量为 $m_e$,则其德布罗意波长可表示为:

$$

\lambda = \frac{h}{m_e v}

$$

例如,当电子以 $1 \times 10^6 \, \text{m/s}$ 的速度运动时,其波长约为:

$$

\lambda = \frac{6.626 \times 10^{-34}}{9.11 \times 10^{-31} \times 1 \times 10^6} \approx 7.27 \times 10^{-10} \, \text{m}

$$

即约 $0.727 \, \text{nm}$,这与实验中观察到的电子衍射现象相符。

总结

德布罗意波长计算公式是连接粒子运动与波动性质的重要桥梁,揭示了物质波的概念。通过该公式,我们可以理解微观粒子的波动行为,并在电子显微镜、量子物理实验等领域得到广泛应用。尽管公式看似简单,但其背后蕴含着深刻的物理思想,对现代物理学的发展起到了不可替代的作用。

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