全國(guó)高中物理優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)人教版選擇性必修三《粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立》精美課件

4.5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立問(wèn)題導(dǎo)入

通過(guò)對(duì)雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問(wèn)題的研究，人們終于認(rèn)識(shí)到光既有粒子性，又有波動(dòng)性。

我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到如電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子是具有粒子性的，那么，實(shí)物粒子是否也會(huì)同時(shí)具有波動(dòng)性呢?一、粒子的波動(dòng)性

如同光波具有粒子性一樣，實(shí)物粒也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)波相聯(lián)系。這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。德布羅意實(shí)物粒子既具有粒子性，也具有波動(dòng)性，二者通過(guò)h來(lái)聯(lián)系。二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1.實(shí)驗(yàn)思路光干涉和衍射現(xiàn)象波動(dòng)性找到電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子干涉和衍射的圖樣物質(zhì)波驗(yàn)證方法：實(shí)驗(yàn)結(jié)論干涉衍射2.實(shí)驗(yàn)材料

比如電子的質(zhì)量m=9.1×10-31kg，用200V的加速電壓給他加速能量就是200eV。此時(shí)它的波長(zhǎng)是多少呢？與X射線的波形長(zhǎng)相當(dāng)

因此，如果電子具有波動(dòng)性，就可以用觀察X射線通過(guò)晶體是會(huì)發(fā)生衍射的裝置觀察到電子的衍射。食鹽晶體結(jié)構(gòu)0.1nm3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——衍射圖樣湯姆孫戴維孫

1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。大量電子的一次行為3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——干涉圖樣

在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，人們還進(jìn)一步觀測(cè)到了電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。問(wèn)題：為什么我們看不到實(shí)物粒子的波動(dòng)性呢？如質(zhì)量為0.01kg的子彈，速度是300m/s，那么計(jì)算出的波長(zhǎng)是？

比原子核的半徑還要小19個(gè)數(shù)量級(jí)。這根本測(cè)不出衍射，所以宏觀物體幾乎看不到波動(dòng)性只表現(xiàn)粒子性。原子核：r—10-15m

它可以用來(lái)提高顯微鏡的精度，知道光如果碰到和波長(zhǎng)差不多都物體就會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致被觀察物體的光點(diǎn)成像后，變成光斑看不清楚，所以顯微鏡的分辨本領(lǐng)受到所用光波的波長(zhǎng)限制，波長(zhǎng)越短，精度越高。4.粒子波動(dòng)性的作用可見(jiàn)光波長(zhǎng)：400~700nm電子束：0.2nm制成電子顯微鏡三、量子力學(xué)的建立黑體輻射光電效應(yīng)氫原子光譜

經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象，這就表明，微觀世界的物理規(guī)律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。普朗克黑體輻射理論：ε=hν愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)理論：EK=hv-w0康普頓散射理論：玻爾氫原子理論：hv=En-Em德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)：普朗克常量：h在它們的背后，應(yīng)該存在著統(tǒng)一描述微觀世界行為的普遍性規(guī)律。

德國(guó)物理家海森堡和玻恩等人對(duì)玻爾的氫原子理論進(jìn)行了推廣和改造，使之可以適用于更普遍的情況。

奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了物質(zhì)波滿足的方程——薛定諤方程。把這個(gè)方程應(yīng)用于氫原子，就很容易能得到氫原子光譜的公式。量子力學(xué):描述微觀世界的理論。四、量子力學(xué)的應(yīng)用1.推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展核能釋放天文宇宙的研究2.推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展激光技術(shù)光纖通信3.推動(dòng)了固體物理的發(fā)展集成電路智能手機(jī)STSE量子力學(xué)的創(chuàng)立和索爾維會(huì)議課堂練習(xí)例1：下列說(shuō)法正確的是（）A.物質(zhì)波屬于機(jī)械波B.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C.德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都具有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波D.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性C課堂練習(xí)例2：如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的（）也相等。A.速度B..動(dòng)能C.動(dòng)量D.總動(dòng)能Cp=mv

E=mc2課堂練習(xí)例3：根據(jù)物質(zhì)波理論，下列說(shuō)法正確的是（）A.微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒(méi)有波動(dòng)性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C.宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為節(jié)明顯BD課堂練習(xí)例4：我們根據(jù)什么說(shuō)光具有波粒二象性?解析：光的干涉和衍射說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。課堂小結(jié)一、粒子的波動(dòng)性