资源简介

(共34张PPT)
5　粒子的波动性和量子力学的建立
素养·目标定位
目标素养
1.知道德布罗意波的波长和粒子动量关系
2.了解量子力学的建立过程
3.了解量子力学的应用
4.通过对物理学研究过程的了解,体会实验事实以及实验对物理研究的重要性
知识概览
课前·基础认知
一、粒子的波动性
1.德布罗意假说:实物粒子也具有　波动性　,即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种与　实物粒子　相联系的波,称为德布罗意波,也叫物质波。
二、物质波的实验验证
1.波动性的重要特征:干涉和　衍射　现象。
2.电子的衍射图样:1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验,得到了电子的衍射图样,如图所示,证实了电子的　波动性　。
3.电子的干涉:在后来的实验中,人们还进一步观测到了电子德布罗意波的　干涉　现象。
4.实验拓展。
人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于
5.实验结论:物质波的观念被实验证实,电子、质子、原子等粒子和光一样,也具有波粒二象性。
微思考1 为什么不能直接看到物质波的衍射
提示:因为物质波波长很短,只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。
三、量子力学的建立
1.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矩阵力学。
2.1926年,奥地利物理学家　薛定谔　提出了物质波满足的方程——薛定谔方程,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,因此被称为波动力学。
3.1926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。
4.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　。
微思考2 普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。在这些成功的理论中,普朗克常量都扮演了关键性的角色,这预示着什么
提示:预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系,应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。
四、量子力学的应用
1.量子力学推动了　核物理　和粒子物理的发展。
2.量子力学推动了原子、分子物理和　光学　的发展。
3.量子力学推动了固体物理的发展。
课堂·重难突破
一 对物质波的理解和德布罗意波长的计算
问题探究
德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性,可是我们观察运动着的汽车,并未感觉到它的波动性,如何理解该问题 谈谈自己的认识。
提示:波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性,宏观物体(汽车)也存在波动性,只是因为宏观物体质量大,动量大,波长短,所以汽车的波动性难以感觉。
归纳总结
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。
二 物质波的实验验证
问题探究
电子束穿过铝箔后的衍射图样如图所示。应用这个实验可以来证明电子的什么性质
提示:证明了电子的波动性。
典型例题
【例2】 证实物质波存在的实验装置如图所示,从F上飘出的热电子可认为初速度为零,所加加速电压U=1×104 V,电子质量为m=0.91×10-30 kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜上,发生衍射,结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波长。
(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
答案:1.23×10-11 m
成 果 验 收 站
1.关于物质波,下列说法正确的是(　　)
A.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,所以实物粒子与光子是本质相同的物质
B.物质波和光波都是机械波
C.粒子的动量越大,其波动性越易观察
D.粒子的动量越小,其波动性越易观察
答案:D
解析:实物粒子虽然与光子具有某些相同的性质,但粒子是实物,而光则是传播着的电磁波,其本质不同,选项A错误。物质波和光波不是机械波,选项B错误。根据λ= 知,动量越大,波长越短,波动性越不明显;动量越小,波长越长,波动性越明显,选项C错误,D正确。
2.(多选)1927年戴维森和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一,该实验装置的简化图如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.亮条纹是电子到达概率
大的地方
B.该实验说明物质波理论
是正确的
C.该实验再次说明光具有波动性
D.该实验说明实物粒子具有波动性
答案:ABD
解析:电子属于实物粒子,电子衍射实验说明实物粒子具有波动性,说明物质波理论是正确的,与光的波动性无关,选项B、D正确,C错误;物质波也是概率波,亮条纹是电子到达概率大的地方,选项A正确。
D
5.(多选)电子衍射和双缝干涉实验是证明德布罗意物质波理论的重要实验,电子束通过铝箔后的衍射图样如图甲所示,不同数目的电子通过双缝后的干涉图样分别如图乙、图丙和图丁所示。
下列说法正确的是(　　)
A.亮条纹是电子到达概率大的地方
B.这两个实验都说明电子是粒子
C.这两个实验说明光子具有波动性
D.这两个实验说明实物粒子具有波动性
答案:AD
解析:物质波又称德布罗意波,是概率波,指空间中某点某时刻可能出现的概率,其中概率的大小受波动规律的支配,亮条纹是电子到达概率大的地方,选项A正确。电子是实物粒子,这两个实验是以电子是实物粒子为依据的,衍射与干涉是波特有的现象,所以电子束的衍射图样说明实物粒子具有波动性,选项B错误,D正确。由题干可知,图像为电子衍射和双缝干涉图样,不能说明光子具有波动性,选项C错误。
6.1961年物理学家克劳斯·约恩松利用类似托马斯·杨的双缝干涉实验装置进行了电子干涉实验。从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹,该实验说明(　　)
A.光具有波动性
B.光具有波粒二象性
C.微观粒子也具有波动性
D.微观粒子也是一种电磁波
答案:C
解析:电子的双缝干涉实验说明微观粒子具有波动性,因为干涉是波所特有的现象,选项C正确,A、B、D错误。

展开更多......

收起↑