物理選擇性必修第三冊5 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立完整版課件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

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？
延長曝光時間，理論算得的各明紋區(qū)域，光子出現(xiàn)的概率最大；
光波在空間某處的強(qiáng)度反映了光子在該處附近出現(xiàn)的概率。
光的波粒二象性的統(tǒng)計觀點(diǎn)解釋
入射光極弱，光子數(shù)目極少，確切位置無法預(yù)測。
繼續(xù)延長曝光時間，得到明暗連續(xù)變化的雙縫干涉清晰圖像，并與強(qiáng)光入射（大量光子同時入射）一次曝光的情況等效。
在光的衍射實驗中，攝像記錄弱光入射的幾個不同曝光階段的衍射圖樣，并進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，在衍射圖樣中較亮的地方，光子出現(xiàn)的概率較大。
光的雙縫干涉、單縫衍射表明——光具有波動性
他提出假設(shè):實物粒子也具有波動性，即每一個運(yùn)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v和波長λ之間，遵從如下關(guān)系：
1924年，德布羅意在對光的波粒二象性、玻爾氫原子理論以及相對論的深入研究的基礎(chǔ)上，把波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質(zhì)子等。
這種與實物粒子相聯(lián)系的波叫做德布羅意波，也叫物質(zhì)波。其波長 ? 稱為德布羅意波長。
普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁。
后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布羅意關(guān)系。一切實物粒子都有波動性
實物粒子具有波粒二象性
試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波的波長。
解：估計一個中學(xué)生的質(zhì)量 m ≈ 50 kg ，百米跑時速度 v ≈ 7 m/s ，則
由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。
光的干涉和衍射現(xiàn)象是光具有波動性的有力證據(jù)。如果電子、質(zhì)子等實物粒子真的具有波動性，那么它們也應(yīng)該能像光一樣發(fā)生干涉和衍射。這是驗證德布羅意波是否存在的一條途徑。
德布羅意曾預(yù)言：電子通過一個小孔或晶體時會形成衍射條紋。
（1）速度υ = 5.0?102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m =10-2Kg，對應(yīng)的德布羅意波長為多少？
（2）電子m=9.1?10-31Kg，速度υ = 5.0?107m/s，對應(yīng)的德布羅意波長為：
所以宏觀物體的波動性不必考慮，只考慮其粒子性。
【例題】關(guān)于物質(zhì)波，下列說法正確的是(　　)A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大B．動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長小C．動量相等的電子和中子，中子的波長小D．甲電子的速度是乙電子的3倍，甲電子的波長也是乙電子的3倍
找到電子、質(zhì)子等實物粒子干涉和衍射的圖樣
1912年，德國物理學(xué)家勞厄提議，利用晶中體排列規(guī)則的物質(zhì)微粒作為衍射光柵，來檢驗倫琴射線的波動性。實驗獲得了成功，證實倫琴射線就是波長為十分之幾納米的電磁波。
若電子具有波動性的理論成立，那么電子打在晶體上應(yīng)也能觀察到衍射現(xiàn)象。
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。
（2）實物粒子的干涉圖樣
在后來的實驗中，人們還進(jìn)一步觀測到了電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。
1961年瓊森（Claus J?nssn）將一束電子加速到 50 Kev，讓其通過一縫寬為 a = 0.5?10-6 m，間隔為 d = 2.0?10-6 m 的雙縫，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實驗結(jié)果。
電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實驗圖象
瓊森（Claus J?nssn ）
（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）德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波。
（3）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。
光的波動性、粒子性是統(tǒng)一的
【例題】(多選)以下說法正確的是(　　)A．任何物體都具有波動性B．拉動細(xì)繩一端，繩上產(chǎn)生的波就是物質(zhì)波C．粒子的動量越大，其波動性越易觀察D．電子衍射實驗證明電子有波動性
【例題】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(yùn)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
經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的現(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
愛因斯坦光電效應(yīng)理論：EK=hv-w0
玻爾氫原子理論：hv=En-Em
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。
1925年，德國物理家海森堡和玻恩等人建立了矩陣力學(xué)。??
1926年，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。
隨后數(shù)年，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)（ quantum mechanics）。
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)。
量子力學(xué):描述微觀世界的理論。
【例題】(多選)下列關(guān)于量子力學(xué)的發(fā)展史及應(yīng)用的說法中，正確的是(　　)A．量子力學(xué)完全否定了經(jīng)典力學(xué)B．量子力學(xué)是在早期量子論的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的C．量子力學(xué)使人們深入認(rèn)識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性D．晶體管“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對電路進(jìn)行操控，是量子力學(xué)在固體物理中的應(yīng)用
這是人們第一次利用太陽以外的能量
最微觀層次和最宏觀層次的規(guī)律，竟有著緊密的聯(lián)系！
1、推動了核物理和粒子物理的發(fā)展
發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進(jìn)行精確操控和測量的技術(shù)，如激光、核磁共振、原子鐘等等。
2、推動原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展
3、推動了固體物理的發(fā)展
量子力學(xué)的創(chuàng)立和索爾維會議
【例題】 (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(yùn)動的規(guī)律性D.萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力
(1)光的干涉、洐射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性。(　　)(2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯。 ( 　　)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子。(　　)(4)一切宏觀物體都具有波動性，即物質(zhì)波。(　　)(5)湖面上的水波就是物質(zhì)波。(　　)(6)電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性。(　　)
√　×　√　√　×　√　
【例題】利用金屬晶格(大小約10－10 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是（）A.該實驗說明了電子具有粒子性 B.實驗中電子束的德布羅意波的波長為λ＝C.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯 D.若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯
實驗得到了電子的衍射圖樣，說明電子這種實物粒子發(fā)生了衍射，說明電子具有波動性，故A錯誤；
【例題】用很弱的電子束做雙縫干涉實驗，把入射電子束減弱到可以認(rèn)為電子源和感光膠片之間不可能同時有兩個電子存在，如圖所示為不同數(shù)量的電子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明(　　)A．電子只有粒子性沒有波動性B．少量電子的運(yùn)動顯示粒子性，大量電子的運(yùn)動顯示波動性C．電子只有波動性沒有粒子性D．少量電子的運(yùn)動顯示波動性，大量電子的運(yùn)動顯示粒子性
【例題】根據(jù)物質(zhì)波理論，下列說法正確的是（）A.微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性 B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C.宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為節(jié)明顯
【例題】下列說法正確的是（）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性C.德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)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)，這種波叫做物質(zhì)波D.宏觀物體運(yùn)動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動時不具有波動性
【例題】電子經(jīng)電勢差為U＝220 V的電場加速，在v＜c的情況下，求此電子的德布羅意波長．(已知：電子質(zhì)量為9.11×10－31 kg，電子電荷量為1.6×10－19C)
分析:1.利用動能定理求速度，2.物質(zhì)波波長公式求波長

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