高中物理人教版 (2019)選擇性必修第三冊5 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立教學(xué)課件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

4.5 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立導(dǎo)入有記者曾問英國物理學(xué)家、諾貝爾獲獎?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學(xué)家休息?！比绻闶遣祭窠淌冢瑢⑷绾螜C智地回答？那么光的本性到底是什么？波動派1801托馬斯·楊雙縫干涉實驗1814菲涅耳單縫衍射實驗赫茲電磁波實驗康普頓效應(yīng)牛頓微粒說占主導(dǎo)地位波動說漸成真理光具有波粒二象性粒子派普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁粒子性波動性波長λ越大，動量P越小——波動性強，粒子性弱波長λ越小，動量P越大——波動性弱，粒子性強光的波粒二象性：光既具有波動性又具有粒子性。通過對雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問題的研究，人們終于認(rèn)識到光既有粒子性，又有波動性。我們已經(jīng)認(rèn)識到如電子、質(zhì)子等實物粒子是具有粒子性的，那么，實物粒子是否也會同時具有波動性呢?他認(rèn)為，“整個世紀(jì)以來( 指19世紀(jì) ) 在光學(xué)中比起波動的研究方法來，如果說是過于忽視了粒子的研究方法的話，那么在實物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢？” 德布羅意的物質(zhì)波德布羅意(De · Broglie)，法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(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。一、粒子的波動性德布羅意提出假設(shè)：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。粒子的能量ε和動量p跟它所對應(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。粒子的波動性根據(jù)測算,羽毛球離拍時的最大速度可達(dá)到288 km/h,羽毛球的質(zhì)量為5.0 g,試求其德布羅意波長,我們能觀察到羽毛球的波動性嗎?1、任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都存在波動性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性,是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小的緣故。2、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,即光子與實物粒子都具有粒子性,又都具有波動性,與光子對應(yīng)的波是電磁波,與實物粒子對應(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。1927年C.J.戴維森和 G.P.湯姆孫（J.J.湯姆孫之子）利用電子束穿過晶體做了電子束的衍射實驗。因此，共同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎。此后，人們相繼證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子等都具有波動性。二.物質(zhì)波的實驗驗證德布羅意提出物質(zhì)波的觀念被實驗證實，表明電子、質(zhì)子、原子等粒子不但具有粒子的性質(zhì)，而且具有波動的性質(zhì)。換句話說，它們和光一樣，也具有波粒二象性。課堂練習(xí)1、下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識正確的是(　　)A.任何一個物體都有一種波和它對應(yīng),這就是物質(zhì)波B.X光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C.電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D.宏觀物體運動時,看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體不具有波動性解析：運動的物體才具有波動性,A項錯;宏觀物體由于動量太大,德布羅意波長太小,所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象,但仍具有波動性,D項錯;X光是波長極短的電磁波,是光子,它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在,B項錯;只有C項正確。答案：C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。請思考:(1)經(jīng)典力學(xué)是否適用于質(zhì)子束的運動規(guī)律?如何研究質(zhì)子束的運動規(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?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)。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。它和相對論共同構(gòu)成了20世紀(jì)以來物理學(xué)的基礎(chǔ)。推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。人們認(rèn)識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質(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。推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展。人們認(rèn)識了原子的結(jié)構(gòu),以及原子、分子和電磁場相互作用的方式。推動了固體物理的發(fā)展。人們了解了固體中電子運行的規(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)極大地推動了人類的進(jìn)步?！耙徊揭恢靥?，百步上云端”，人類探索自然的步伐不會停息，量子力學(xué)必將在這個征途上繼續(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年電子顯微鏡核磁共振核反應(yīng)堆晶體管原子鐘激光發(fā)光二極管信息存儲技術(shù)課堂練習(xí)2、 (多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對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,經(jīng)典力學(xué)就不適用了B.相對論和量子力學(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動的規(guī)律性D.萬有引力定律也適用于強相互作用力解析：經(jīng)典力學(xué)只適用于低速宏觀的物體,故A正確;相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn),并沒有否定經(jīng)典力學(xué),只是說經(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍,故B錯誤;量子力學(xué)描述了微觀粒子運動的規(guī)律性,故C正確;萬有引力定律對于強相互作用力是不適用的,故D錯誤。AC拓展提高1、下列說法正確的是(　　)A.物質(zhì)波屬于機械波B.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C.德布羅意認(rèn)為,任何一個運動著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都具有一種波和它對應(yīng),這種波叫作物質(zhì)波D.宏觀物體運動時,看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運動時不具有波動性解析：物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波,與機械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具有波動性,只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯,故只有選項C正確。C2、根據(jù)德布羅意波的概念,下列說法正確的是(　　)A.質(zhì)量大的物體,其德布羅意波長小B.速度大的物體,其德布羅意波長小C.動量大的物體,其德布羅意波長小D.動能小的物體,其德布羅意波長小解析：根據(jù) 可知,動量大的物體波長小,選項C是正確的。質(zhì)量大或速度大或動能小,都不能確定其動量大小,所以其他三個選項錯誤。故正確答案為C。C3、質(zhì)量為1 000 kg的小汽車以v=40 m/s的速度在高速公路上行駛,試估算小汽車的德布羅意波的波長。解析：小汽車的動量為p=mv=1 000×40 kg·m/s=4×104 kg·m/s小汽車的德布羅意波波長為課堂總結(jié)粒子的波動性和量子力學(xué)粒子的波動性物質(zhì)波的實驗驗證量子力學(xué)的建立和應(yīng)用物質(zhì)波波粒二象性電子干涉現(xiàn)象電子束衍射現(xiàn)象板書設(shè)計粒子的波動性和量子力學(xué)粒子的波動性物質(zhì)波的實驗驗證量子力學(xué)的建立和應(yīng)用物質(zhì)波波粒二象性電子束衍射現(xiàn)象電子干涉現(xiàn)象作業(yè)布置課后練習(xí)和同步練習(xí)

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