2020-2021學(xué)年度人教版選修3-5粒子的波動(dòng)性(共30張PPT)

2023/5/272020—2021學(xué)年度人教版選修3-5粒子的波動(dòng)性（共30張PPT)圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射增透膜薄膜干涉鏡面檢測(cè)光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光確實(shí)是一種波愛(ài)因斯坦康普頓光電效應(yīng)以及康普頓效應(yīng)等無(wú)可辯駁的證實(shí)了光是一種粒子．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性頻率低波長(zhǎng)長(zhǎng)的光波動(dòng)性較明顯頻率高波長(zhǎng)短的光粒子性較明顯光具有波粒二象性當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感光膠片放在屏的位置上，會(huì)看到什么樣的照片呢？為什么會(huì)有這種現(xiàn)象？短長(zhǎng)曝光時(shí)間結(jié)論1、這張照片清晰的顯示了光的粒子性．2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（干涉加強(qiáng)區(qū)），說(shuō)明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行解釋?zhuān)獠ㄊ且环N概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性．伽爾頓板實(shí)驗(yàn)——表明單個(gè)小球下落的位置是不確定的,但是它落在中間狹槽的可能性要大一些，即小球落在中間的概率較大．光既表現(xiàn)出波動(dòng)性，又表現(xiàn)出粒子性，由于微觀(guān)世界的某些屬性與宏觀(guān)世界不同，而我們的經(jīng)驗(yàn)僅局限于宏觀(guān)物體的運(yùn)動(dòng)．在生活中找不到一個(gè)既具有粒子性、又具有波動(dòng)性的物理模型幫助我們研究光子的規(guī)律．氣體分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)電流光的波動(dòng)性光的粒子性我們?cè)谒伎嘉锢砀拍罨蛭锢硪?guī)律時(shí)，往往建立新的模型隨著人類(lèi)認(rèn)識(shí)的范圍不斷擴(kuò)大，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們的眼前，需要我們建立新的模型，提出新的理論來(lái)進(jìn)行研究，對(duì)于一種模型，只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能在一定范圍內(nèi)表示所研究對(duì)象的規(guī)律．光的波粒二象性惠更斯波動(dòng)說(shuō)牛頓的微粒說(shuō)麥克斯韋光的電磁說(shuō)愛(ài)恩斯坦光子說(shuō)光本性認(rèn)識(shí)1．光子既不是經(jīng)典的波（惠更斯波），也不是經(jīng)典的粒子（牛頓彈性球）。光是客觀(guān)世界物質(zhì)形式之一。

注：光的波粒二象性最好地反映了自然科學(xué)中的矛盾統(tǒng)一性，對(duì)立依存的唯物辯證思想和奇異和諧美。由此使人類(lèi)對(duì)微觀(guān)世界的認(rèn)識(shí)大步向前。光的波粒二象性的理解：光波有一定的頻率和波長(zhǎng)，光子有一定的能量和動(dòng)量，是個(gè)矛盾對(duì)立的統(tǒng)一體，彼此含有對(duì)方的成份，共存于光的統(tǒng)一體中。Ｅ＝ｈυ＝ｈｃ／λ，ｐ＝ｈυ／ｃ＝ｈ／λ。光的波粒二象性A、光在傳播過(guò)程中波動(dòng)性顯著，光在與物質(zhì)作用時(shí)粒子性表現(xiàn)顯著。B、大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果則顯示出粒子性。C、頻率越低的光，波動(dòng)性越A顯著，頻率越高的光，粒子性越顯著。2、在一定條件下波動(dòng)性顯著，在另一條件下粒子性顯著，即我們觀(guān)察到這對(duì)矛盾的主要方面。二、德布羅意的物質(zhì)波德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀(guān)點(diǎn)，用對(duì)比的方法分析問(wèn)題。1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。1924年，在博士論文《關(guān)于量子理論的研究》中提出德布羅意波,同時(shí)提出用電子在晶體上作衍射實(shí)驗(yàn)的想法。愛(ài)因斯坦覺(jué)察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開(kāi)一幅大幕的一角”。法國(guó)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。能量為E、動(dòng)量為p的粒子與頻率為v、波長(zhǎng)為的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：E=mc2=hv

這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波),其波長(zhǎng)稱(chēng)為德布羅意波長(zhǎng)。一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性

后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實(shí)物微觀(guān)粒子都具有波動(dòng)性，并都滿(mǎn)足德布洛意關(guān)系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長(zhǎng)為計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。所以，宏觀(guān)物體只表現(xiàn)出粒子性。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀(guān)粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)λ=。【例1】試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波的波長(zhǎng)。解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg，百米跑時(shí)速度v≈7m/s，則由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀(guān)物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性?！纠?】(1)電子動(dòng)能Ek=100eV；(2)子彈動(dòng)量p=6.63×106kg.m.s-1,求德布羅意波長(zhǎng)。解(1)因電子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對(duì)論公式求解。=1.23?(2)子彈:h=6.63×10-34=1.0×10-40m可見(jiàn)，只有微觀(guān)粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀(guān)粒子(如子彈)的波動(dòng)性根本測(cè)不出來(lái)。一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量E和動(dòng)量P所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率n和波長(zhǎng)l所描述的波動(dòng)性。德布羅意關(guān)系如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：如電子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s,對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：太小測(cè)不到！X射線(xiàn)波段2、戴維遜－革末實(shí)驗(yàn)1927年，Davisson和Germer進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。（該實(shí)驗(yàn)榮獲1937年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)）戴維遜--革末實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，在散射方向上探測(cè)到一個(gè)強(qiáng)度極大。（可用晶體對(duì)X射線(xiàn)的衍射方法來(lái)分析）L.V.德布羅意電子波動(dòng)性的理論研究1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)C.J.戴維孫通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)X射線(xiàn)經(jīng)晶體的衍射圖電子射線(xiàn)經(jīng)晶體的衍射圖類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)：

1927年，湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn)1960年，C