4.5 粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立 課件

第5節(jié)

粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性通過對(duì)雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問題的研究，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？1.知道實(shí)物粒子的波動(dòng)性假設(shè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2.知道實(shí)物粒子和光意義也具有波粒二象性。3.體會(huì)量子力學(xué)的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響。知識(shí)點(diǎn)一：粒子的波動(dòng)性德布羅意(De·Broglie)，法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質(zhì)波的概念。德布羅意提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間，遵從如下關(guān)系：這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來被稱為德布羅意波，也叫作物質(zhì)波。任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都存在波動(dòng)性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性,是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長太小的緣故。德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣,使之包括了所有的物質(zhì)粒子,即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性,又都具有波動(dòng)性,與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波,與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波。一般宏觀物體物質(zhì)波的波長很短,波動(dòng)性很不明顯,難以觀察到其衍射現(xiàn)象,如只有利用金屬晶格中的狹縫才能觀察到電子的衍射圖樣。練一練1.根據(jù)測(cè)算,羽毛球離拍時(shí)的最大速度可達(dá)到288km/h,羽毛球的質(zhì)量為5.0g,試求其德布羅意波長,我們能觀察到羽毛球的波動(dòng)性嗎?

知識(shí)點(diǎn)二：物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證屏P多晶薄膜高壓柵極陰極電子衍射實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)思路：如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。1927年，

戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn)，獲得了衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。他們因此獲得了1937年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：戴維孫1881-1958，美國G.P.湯姆孫1892-1975，英國1929年，

德布羅意獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，成為以學(xué)位論文獲得此殊榮的人。②宏觀物體動(dòng)量很大，德布羅意波的波長很短，根本無法觀察到波動(dòng)性。3.說明4.德布羅意提出物質(zhì)波的觀念被證實(shí)，表明實(shí)物粒子也具有波粒二象性。

1.下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)正確的是(

)A.任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng),這就是物質(zhì)波B.X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C.電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體不具有波動(dòng)性練一練C知識(shí)點(diǎn)三：量子力學(xué)的建立情境探究如圖甲，質(zhì)子束被加速到接近光速；如圖乙，中子星是質(zhì)量、密度非常大的星體。請(qǐng)思考：(1)經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?如何研究質(zhì)子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?(2)經(jīng)典力學(xué)是否適用于中子星表面的物理規(guī)律?如何研究中子星表面的物理規(guī)律?普朗克黑體輻射理論愛因斯坦光電效應(yīng)理論德布羅意物質(zhì)波假說康普頓散射理論玻爾氫原子理論普朗克常量h在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國的狄拉克和奧地利的泡利為代表的眾多物理學(xué)家的共同努力下,描述微觀世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來,它被稱為量子力學(xué)。1.關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論與量子論的說法正確的是(

)A.當(dāng)物體的速度接近光速時(shí),經(jīng)典力學(xué)就不適用了B.相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn),使經(jīng)典力學(xué)失去了意義C.量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D.萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力練一練AC知識(shí)點(diǎn)四：量子力學(xué)的應(yīng)用量子力學(xué)的創(chuàng)立是物理學(xué)歷史上的一次重要革命。它和相對(duì)論共同構(gòu)成了20世紀(jì)以來物理學(xué)的基礎(chǔ)。推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展。人們認(rèn)識(shí)了原子、原子核、基本粒子等各個(gè)微觀層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。而粒子物理學(xué)的發(fā)展又促進(jìn)了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究。推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展。人們認(rèn)識(shí)了原子的結(jié)構(gòu),以及原子、分子和電磁場(chǎng)相互作用的方式。推動(dòng)了固體物理的發(fā)展。人們了解了固體中電子運(yùn)行的規(guī)律,并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。利用半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì)發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件,并結(jié)合激光光刻技術(shù)制造了大規(guī)模集成電路,俗稱“芯片”。量子力學(xué)的應(yīng)用還有很多。毫不夸張地說，在過去的近一百年中，量子力學(xué)極大地推動(dòng)了人類的進(jìn)步。“一步一重天，百步上云端”，人類探索自然的步伐不會(huì)停息，量子力學(xué)必將在這個(gè)征途上繼續(xù)發(fā)揮巨大的基礎(chǔ)性作用。1931年1931年1931年1931年1931年1931年1931年1931年電子顯微