《粒子的波动性和量子力学的建立》课件

第四章原子结构和波粒二象性5粒子的波动性和量子力学的建立学习目标学法与考法1．知道光的波粒二象性，理解实物粒子的波动性(重点)2．理解德布罗意波，会解释相关现象(重难点)3．了解量子力学的建立过程和应用(重点)学法：①通过对实物粒子具有波动性的学习，了解微观世界的量子化特征，体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响；②了解波粒二象性的物理思想，量子力学的建立过程，体会人们对物质本性认识的不断发展考法：①考查对德布罗意波的理解；②考查对物质波波长的计算；③考查量子力学的建立过程的物理史知识导图课前·

自主预习1．德布罗意波：每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与__________相联系的波称为德布罗意波，也叫__________．2．物质波的波长、频率关系式：物质波波长、频率的计算公式为λ＝_______，ν＝______.粒子的波动性运动实物粒子物质波一切宏观物体都伴随物质波吗？湖面上的水波是物质波吗？【答案】宏观物体的波动性不明显．湖面上的水波是机械波．(多选)以下说法正确的是 (

)A．宏观粒子也具有波动性B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C．物质波也是一种概率波D．物质波就是光波【答案】AC【解析】任何物体都具有波动性，故A正确．对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B错误．物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，故C正确，D错误．1．实验探究思路：________、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．2．实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了_________衍射实验，得到了________的衍射图样，证实了电子的__________．物质波的实验验证干涉电子束电子波动性波动性动量很小什么现象可以证明实物粒子具有波动性？【答案】电子束在晶体上的衍射实验．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是 (

)A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上都不正确【答案】B【解析】最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验，B正确．1．量子力学的建立(1)19、20世纪之交，人们在____________、______________、______________等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象．(2)德国物理学家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造，使之可以适用于更普遍的情况．他们建立的理论被称为___________．量子力学的建立和量子力学的应用黑体辐射光电效应氢原子光谱矩阵力学(3)1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——______________，使玻尔理论的局限得以消除．由于这个理论的关键是物质波，因此被称为____________．(4)1926年，薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明，波动力学和矩阵力学在数学上是等价的，它们是同一种理论的两种表达方式．随后数年，在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学．薛定谔方程波动力学2．量子力学的应用(1)借助量子力学，人们深入认识了__________________________．(2)量子力学推动了______________________的发展．(3)量子力学推动了_________、______________和_______的发展．如激光、核磁共振、原子钟，等等．(4)量子力学推动了_____________的发展．微观世界的组成、结构和属性核物理和粒子物理原子分子物理光学固体物理课堂·

重难探究1．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．(2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．对粒子的波动性的理解(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．2．计算物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv.例1下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是 (

)A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性对物质波的理解【答案】C【解析】运动的物体才具有波动性，A错误；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D错误；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B错误．变式1下列说法中正确的是

(

)A．物质波属于机械波B．物质波与机械波没有本质区别C．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波【答案】D【解析】物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A、B错误；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C错误；德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，D正确．例2如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27kg)解：中子的动量为p1＝m1v，子弹的动量为p2＝m2v，对物质波波长的计算变式2一颗质量为5.0kg的炮弹：(1)以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？(3)若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？宏观物体波动性的三点提醒1．一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不能否定其波动性．2．要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别．3．在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波动性与粒子性可以共存．小练·

随堂巩固随堂检测1.(多选)20世纪以来,人们发现了一些新的事实,而经典力学却无法解释。经典力学只适用于解决物体的低速运动问题,不能用来处理高速运动问题,只适用于宏观物体,一般不适用于微观粒子。这说明(

)A.随着认识的发展,经典力学已成了过时的理论B.人们对客观事物的具体认识在广度上是有局限性的C.不同领域的事物各有其本质与规律D.人们应当不断扩展认识,在更广阔的领域内掌握不同事物的本质与规律答案

BCD解析

人们对客观世界的认识要受到所处的时代的客观条件和科学水平的制约,所以形成的看法也都具有一定的局限性,人们只有不断扩展自己的认识,才能掌握更广阔领域内的不同事物的本质与规律。新的科学的诞生并不意味着对原来科学的全盘否定,只能认为过去的科学是新的科学在一定条件下的特殊情形。A错误,B、C、D正确。2.下列说法正确的是(

)A.物质波属于机械波B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都具有一种波和它对应,这种波叫作物质波D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性答案

C解析

物质波是一切运动着的物体所具有的波,与机械波性质不同,宏观物体也具有波动性,只是干涉、衍射现象不明显,故只有选项C正确。3.根据德布罗意波的概念,下列说法正确的是(

)A.质量大的物体,其德布罗意波长小B.速度大的物体,其德布罗意波长小C.动量大的物体,其德布罗意波长小D.动能小的物体,其德布罗意波长小答案

C解析

根据λ=可知,动量大的物体波长小,选项C是正确的。质量大或速度大或动能小