高中物理(新教材)選修三課件：4-5-粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立 人教版

5．粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性麥克斯韋牛頓惠更斯托馬斯·楊菲涅耳海森伯普朗克康普頓德布羅意勞厄戴維孫G.P.湯姆孫玻恩一粒子的波動(dòng)性1.波粒二象性：?，p—粒子性ν，λ—波動(dòng)性h—粒子性、波動(dòng)性的橋梁2.粒子的波動(dòng)性每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與對應(yīng)的波長相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波，我們管這種波叫德布羅意波，也叫物質(zhì)波.光既有波動(dòng)性，又具有粒子性.1）德布羅意波：ε＝hν

2）物質(zhì)波的波長：3）物質(zhì)波的頻率：1924年，德布羅意在博士學(xué)位論文中提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性.這被認(rèn)為是“沒有科學(xué)特征的狂想曲”，看似瘋狂，卻能站得住腳.1892-1987，法國德布羅意

2.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維孫1881-1958，美國G.P.湯姆孫1892-1975，英國1927年,戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn),獲得了衍射圖樣,證實(shí)了電子的波動(dòng)性.他們因此獲得了1937年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).1）實(shí)驗(yàn)思路：如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,則在一定條件下,也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象.2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1929年，

德布羅意獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，成為以學(xué)位論文獲得此殊榮的人.②宏觀物體動(dòng)量很大，德布羅意波的波長很短，根本無法觀察到波動(dòng)性.3）說明4）德布羅意提出物質(zhì)波的觀念被證實(shí)，表明實(shí)物粒子也具有波粒二象性.

1.經(jīng)典物理學(xué)的疑難2.新理論的成功二、量子力學(xué)的建立和應(yīng)用

普朗克黑體輻射理論、愛因斯坦光電效應(yīng)理論、康普頓散射理論、玻爾氫原子理論以及德布羅意物質(zhì)波假說等一系列理論在解釋實(shí)驗(yàn)方面都取得了成功.3．量子力學(xué)：描述微觀世界行為的理論.3．量子力學(xué)：描述微觀世界行為的理論.4.意義

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).5．量子力學(xué)的應(yīng)用2)量子力學(xué)推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展.1)量子力學(xué)推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展.3)量子力學(xué)推動(dòng)了固體物理的發(fā)展.光纖通信光纖通信技術(shù)（opticalfibercommunications）從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用.光纖通信作為一門新興技術(shù)，其近年來發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會(huì)中各種信息的主要傳送工具.集成電路集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件.采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步.它在電路中用字母“IC”表示.集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比（基于鍺（Ge）的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基于硅（Si）的集成電路）.當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路.例1．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是(

)A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光的波動(dòng)性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣說明中子具有粒子性C．光的波粒二象性表明一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯典例精析

D例2．某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是200m/s.(1)分別計(jì)算電子和子彈的德布羅意波長．(2)試根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析它們表現(xiàn)的波粒二象性．(電子的質(zhì)量為me＝9.1×10－31kg，普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s)

例2．某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是200m/s.(1)分別計(jì)算電子和子彈的德布羅意波長．(2)試根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析它們表現(xiàn)的波粒二象性．(電子的質(zhì)量為me＝9.1×10－31kg，普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s)

課堂小結(jié)1.根據(jù)什么說光具有波粒二象性？2.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動(dòng)能時(shí)，它們的德布羅意波長哪個(gè)大？粒子性：波動(dòng)性：電子波長更長光電效應(yīng)、康普頓粒子散射實(shí)驗(yàn)物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、單縫衍射課堂達(dá)標(biāo)3.射擊運(yùn)動(dòng)員射擊時(shí)會(huì)因?yàn)樽訌椀牟▌?dòng)而”失準(zhǔn)“嗎？為什么？根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況下子彈質(zhì)量、速度大小所對應(yīng)的德布羅意波長來做定性說明不會(huì).因?yàn)楹暧^的子彈質(zhì)量、速度大，動(dòng)量大，德布羅意波長非常小4.我們能感知光現(xiàn)象，是因?yàn)槲覀兘邮盏搅艘欢芰康墓?一個(gè)頻率是106Hz的無線電波的光子的能量是多大？一個(gè)頻率是6×1014Hz的綠色光子和1018的γ光子的能量各是多大？結(jié)合以上光子能量的大小，從概率波的角度說明，為什么低頻電磁波的波動(dòng)性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著.無線電波光子：?1=hν1=6.63×10-34×106J=6.63×10-28J綠色光子：?2=hν2=6.63×10-34×6×1014J=3.98×10-19Jγ光子：?3=hν3=6.63×10-34×1018J=6.63×10-16J

由此可知，低頻電磁波的能量小、動(dòng)量小、波長長，高頻電磁波的能量大、動(dòng)量大、波長短.由概率波的波粒二象性特點(diǎn)可知，低頻電磁波波動(dòng)性顯著，高頻電磁波的粒子性顯著.解析：備用工具&資料3.射擊運(yùn)動(dòng)員射擊時(shí)會(huì)因?yàn)樽訌椀牟▌?dòng)而”失準(zhǔn)“嗎？為什么？根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況下子彈質(zhì)量、速度大小所對應(yīng)的德布羅意波長來做定性說明不會(huì).因?yàn)楹暧^的子彈質(zhì)量、速度大，動(dòng)量大，德布羅意波長非常小課堂小結(jié)海森伯普朗克康普頓德布羅意勞厄戴維孫G.P.湯姆孫玻恩2）物質(zhì)波的波長：3）物質(zhì)波的頻率：1924年，德布羅意在博士學(xué)位論文中提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性.這被認(rèn)為是“沒有科學(xué)特征的狂想曲”，看似瘋狂，卻能站得住腳.1892-1987，法國德布羅意

2.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維孫1881-1958，美國G.P.湯姆孫1892-1975，英國1927年,戴維孫和湯姆孫