4.5粒子的波動性和量子力學的建立［學習目標］1.知道光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一的關系.2.了解德布羅意波，知道其遵循統(tǒng)計規(guī)律.了解經(jīng)典物理學中的粒子和波的特點.［教學過程］一'粒子的波動性［導學探究］1924年，1924年，法國物理學家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上，把波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質子等。德布羅意提出假設：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系。［知識梳理］1.粒子的波動性⑴德布羅意波：任何運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對應，這種波叫，又叫.h￡物質波波長、頻率的計算公式為：A=-，v=h-我們之所以看不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體的動量，德布羅意波長太.二、物質波的實驗驗證實驗探究思路：、是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象.圖屯5-1電子束穿過劇箍后的帶射 圖電子干涉條絞m實驗驗證：1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束 的實驗，得到了電子的 圖樣，證實了電子的性.人們陸續(xù)證實了質子、中子以及原子、分子白性，對于這些粒子，德布羅意給出的v=￡和4=壹關系同樣正確.三、 量子力學的建立微觀世界的物理規(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。描述微觀世界行為的理論被稱為 。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家的共同努力下，逐步完善并最終完整地建立。是在普朗克、玻爾等人所建立的一個個的具體理論(它們被統(tǒng)稱為“早期量子論”)的基礎上創(chuàng)立的。它繼承了早期量子論的成功之處并克服了其困難和局限，最終取代了早期量子論，成為統(tǒng)一描述微觀世界物理規(guī)律的普遍理論。四、 量子力學的應用量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質結構。而粒子物理學的發(fā)展又促進了天文學和宇宙學的研究。核物理的發(fā)展，讓人們成功地認識并利用了原子核反應堆所釋放的能量一一核能。量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展。人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式。在此基礎上，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術，如激光、核磁共振、原子鐘，等等。I獅年電子兄.微鏡核反應推螟子鐘發(fā)光-.槌管在易了為學推動的若干申要I獅年電子兄.微鏡核反應推螟子鐘發(fā)光-.槌管在易了為學推動的若干申要技術的誕生年份激光基「?巨謎阻致成的高性能信息存赭3.量子榜盛共扳品體管力學推動了固體物理的發(fā)展。人們了解了固體中電子運行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導體、絕緣體和半導體之分?？茖W家們利用半導體的獨特性質發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件，并結合激光光刻技術制造了大規(guī)模集成電路，俗稱“芯片”。固體物理學的發(fā)展，為人們帶來了低能耗高亮度的半導體發(fā)光技術，并讓人們認識了超導等一系列神奇的現(xiàn)象。例1 下面關于光的波粒二象性的說法中，不正確的是()大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著光在傳播時往往表現(xiàn)出波動性，光在跟物質相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性光不可能同時具有波動性和粒子性小結：1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.光子和電子、質子等實物粒子一樣，也具有能量和動量.和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用；在傳播過程中，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動性起主導作用，因此光波為概率波；頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著.光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此￡=hv揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系.例2 （多選）關于物質波，下列認識中正確的是（）任何運動的物體（質點）都伴隨一種波，這種波叫物質波X射線的衍射實驗，證實了物質波假設是正確的電子的衍射實驗，證實了物質波假設是正確的宏觀物體盡管可以看做物質波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象例3 在空中飛行的質量為10g、速度為300m/s的子彈，其德布羅意波長是多少？射擊運動員射擊時會因為子彈的波動性而“失準”嗎？為什么我們無法觀察到其波動性？（普朗克常量h=6.63X10-34J-s）小結：德布羅意波長的計算首先計算物體的速度，再計算其動量.如果知道物體動能也可以直接用p=^mEk計算其動量. h…再根據(jù)4=p計算德布羅意波長.

需要注意的是：德布羅意波長一般都很短，比一般的光波波長還要短，可以根據(jù)結果的數(shù)量級大致判斷結果是否合理.［課堂練習］（光的波粒二象性）下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是（）有的光是波，有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性（對物質波的理解）（多選）利用金屬晶格（大小約10T0m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣，如圖2所示，已知電子質量為朋，電荷量為們初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為。，則下列說法中正確的是（）該實驗說明了電子具有波動性、…，一，一，一,h實驗中電子束的德布羅意波長為A=-==2meU加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯若用相同動能的質子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯［課后練習］說明光具有粒子性的現(xiàn)象是（ ）光電效應B.光的干涉 C.光的衍射 D.光的偏振（多選）下列說法中正確的是（ ）光的波粒二象性學說就是牛頓的微粒說加上惠更斯的波動說組成的光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁理論光子說并沒有否定電磁說，在光子的能量s=hv中，v表示波的特性，&表示粒子的特性光波不同于宏觀觀念中那種連續(xù)的波有關光的本性，下列說法中正確的是（）光具有波動性，又具有粒子性，這是相互矛盾和對立的光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質點大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性（多選）下列物理實驗中，能說明粒子具有波動性的是（）通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系，證明了愛因斯坦光電效應方程的正確性通過測試多種物質對X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分通過電子雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象利用晶體做電子束衍射實驗，證實了電子的波動性下列說法中正確的是（）物質波屬于機械波只有像電子、質子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性德布羅意認為任何一個運動的物體，小到電子、質子、中子，大到行星、太陽都有一種波與之相對應，這種波叫物質波宏觀物體運動時，看不到它的衍射和干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運動時不具有波動性下列說法中正確的是（）A.質量大的物體，其德布羅意波長小 B.速度大的物體，其德布羅意波長小C.動量大的物體，其德布羅意波長小 D.動能大的物體，其德布羅意波長小2002年諾貝爾物理學獎中的一項是獎勵美國科學家賈科尼和日本科學家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線

源.X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為源.X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為兀以8和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，貝* ）敬 敬敬 hc8=C，p=0 B.8=C，p=云 C.，=萬，p=0（2017-江蘇單科）質子QH）和a粒子QHe）被加速到相同動能時以h表示普朗克常量，C表示真空中的光A.8.hchD.￡=萬,p=^質子的動量（選填“大于”“小于”或“等于”）a粒子的動量，質子和a粒子的德布羅意波長之比為.用高壓加速后的電子的德布羅意波長可以小到10-12m數(shù)量級.用它觀察尺度在10-10m數(shù)量級的微小物體時，其衍射就可以忽略不計，從而大大提高了顯微鏡的分辨能力.一臺電子顯微鏡用來加速電子的電壓高達U=106V，求用它加速后的電子束的德布羅意波長.（電子的質量為m=9.1X10-31kg，普朗克常量h=6.63X10-34J-s，結果保留兩位有效數(shù)字）h德布羅意認為：任何一個運動著的物體，都有著一種波與它對應，波長形=：，式中p是運動著的物體的動量，h是普朗克常量.已知某種紫光的波長是