第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立2

新課導(dǎo)入4

課堂小結(jié)6

當(dāng)堂小練1

學(xué)習(xí)目標(biāo)3新課講解5典例分析目

錄CONTENTS●1.

知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，領(lǐng)會對稱性的研究方法，感悟科

學(xué)家的探求精神。●2.過對物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證內(nèi)容的學(xué)習(xí)，感受實(shí)驗(yàn)研究這一重要

的研究方法?！?.通過對科學(xué)漫步的閱讀，感受科學(xué)的成就推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。學(xué)習(xí)目標(biāo)通過對雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問題的研究，人們終于認(rèn)識到光既有粒子性，又有波

動(dòng)性。我們已經(jīng)認(rèn)識到如電子、質(zhì)子等實(shí)物粒

子是具有粒子性的，那么,實(shí)物粒子是否也會

同時(shí)具有波動(dòng)性呢?新課導(dǎo)入光的波動(dòng)性光的粒子性電磁波光

子波動(dòng)參量波長粒子參量動(dòng)量頻率能量波速動(dòng)質(zhì)量波的行為特性波的干涉粒子的行為特性黑體輻射波的衍射光電效應(yīng)橫波偏振康普頓效應(yīng)ε=mc

2新課講解

一1924年，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(chǔ)上，把波粒二象性推

廣到實(shí)物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)

動(dòng)的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系。德布羅意，法國物理學(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

。

這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。波動(dòng)性

粒子性實(shí)物粒子具有波粒二象性。普朗克常量h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁。、粒子的波動(dòng)性物質(zhì)波驗(yàn)證方法：找到電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子干涉和衍射的圖

樣二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證波的行為特性

波的衍射1、

實(shí)驗(yàn)思路波的干涉單縫寬0.8mm靜止質(zhì)量運(yùn)動(dòng)速率若已知

m,Vo靜止質(zhì)量運(yùn)動(dòng)動(dòng)能若已知mo,Ek若

v<<c則

對于一個(gè)自由的實(shí)物粒子其德布羅意波的波長為：其德布羅意波的波長為：則動(dòng)量大小若

v<<c則質(zhì)量=1.23×10-1?(m)=1.23(A)與X

射線的波長相近，其波動(dòng)性不可忽略。2、

某電子的動(dòng)能Ek=100eV,求它的德布羅意波長。已知電子的靜止質(zhì)量m=9.11×10-31kg,1eV=1.6×10-19J。1、

某子彈的質(zhì)量m?=0.01kg,v=400m/s,求它的德布羅意波長。普朗克常量波長短到無法檢測，其波動(dòng)性可以忽略。h=6.63×10-34J·s。解析：解析：

E<<m?c2食鹽的晶體結(jié)構(gòu)注

：藍(lán)色球表示Na+

綠色球表示CI-X射線的頻率范圍30PHz~300EHz,

對應(yīng)波長為1pm~10nm,能量為124eV~1.24MeV。若電子具有波動(dòng)性的理論成立，那么電子打在晶體上應(yīng)也能觀察到衍射現(xiàn)象。X

射線照在晶體上可以產(chǎn)生衍射X

射線衍射圖樣0.1mm湯姆孫戴維孫1927年CJ.戴維森和G.P.湯姆孫

(JJ.

湯姆孫之子)利用電子束穿過晶體做了電子束的衍射實(shí)驗(yàn)。因此，共同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2、

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)實(shí)物粒子的衍射圖樣陰極

柵極高壓電子衍射實(shí)驗(yàn)電子束穿過鋁箔后的衍射多

晶薄膜屏P(2

)

實(shí)物粒子的干涉圖樣在后來的實(shí)驗(yàn)中，人們還進(jìn)一步觀測到了電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。大量電子的一次行為1925年，德國物理家海森堡和玻恩等人建立了

矩陣力學(xué)。德布羅意物質(zhì)波假說只一6在它們的背后，應(yīng)該存在著統(tǒng)一描述微觀世界行為的普遍性規(guī)律。波動(dòng)力學(xué)普朗克黑體輻

射理論愛因斯坦光電效應(yīng)理論E=hv-

普朗克常量h1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了物質(zhì)

波滿足的方程——薛定諤方程。hv=En-Em玻爾氫原子

理論三、量子力學(xué)的建立P=λ康普頓散射

理論隨后數(shù)年，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(xué)家的共同努力下，描述微觀世界行為的理論被逐步完善

并最終完整地建立起來，它被稱為量子力學(xué)

(quantum

mechanics)。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)。四

、量子力學(xué)的應(yīng)用1、推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展最微觀層次和最宏觀層次的規(guī)律，竟有

著緊密的聯(lián)系!這是人們第一次利用太陽以外的能量2、推動(dòng)原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進(jìn)行精確操控和測量的技術(shù)，如激光、核磁共振、原子鐘等等。核磁共振激光技術(shù)光纖通信3、推動(dòng)了固體物理的發(fā)展集成電路晶體管量子力學(xué)的創(chuàng)立和索爾維會議課堂小結(jié)1、粒子的波動(dòng)性實(shí)物粒子既具有粒子性，也具有波動(dòng)性這種波叫做物質(zhì)波，二者通過h來聯(lián)系。2、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證觀測電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子干涉和衍射的圖樣3、量子力學(xué)的建立4、量子力學(xué)的應(yīng)用典例分析【例題1】下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識正確的是(

C)A.任何一個(gè)物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波

B.X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C.

電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D.

宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動(dòng)性解

析

：運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性，A

項(xiàng)錯(cuò)；宏觀物體由于動(dòng)量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動(dòng)性，D項(xiàng)錯(cuò)；X

光是波長極短的電

磁波，是光子，它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在，B

項(xiàng)錯(cuò)；只有C項(xiàng)正確?！纠}2】(多選)關(guān)于經(jīng)典力學(xué)、相對論與量子論的說法正確的是(

ACA.當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，經(jīng)典力學(xué)就不適用了B.相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，使經(jīng)典力學(xué)失去了意義C.量子力學(xué)能夠描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性D.

萬有引力定律也適用于強(qiáng)相互作用力解

析

：經(jīng)典力學(xué)只適用于低速宏觀的物體，故A

正確；相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，并沒有

否定經(jīng)典力學(xué)，只是說經(jīng)典力學(xué)有一定的適用范圍，故B

錯(cuò)誤；量子力學(xué)描述了微觀粒

子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性，故C正確；萬有引力定律對于強(qiáng)相互作用力是不適用的，故D

錯(cuò)誤?！纠}3】利用金屬晶格(大小約10-10

m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子

質(zhì)量為m,

電荷量為e,

初速度為0,加速電壓為U,

普朗克常量為h,則下列說法

中正確的是(

BA.該實(shí)驗(yàn)說明了電子具有粒子性B.

實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長為λ=

C.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D.

若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯短衍射現(xiàn)象越不明顯，故C

錯(cuò)誤；

質(zhì)子與電子帶電荷量相同，但是質(zhì)子質(zhì)量大于電子，動(dòng)量與動(dòng)能間存在關(guān)系p=√2mEk,

所以由可知質(zhì)子的德布羅意波波長小于電子的德布羅意波波長，波長越小則衍射現(xiàn)象越不明顯，故D

錯(cuò)誤。解

析

：實(shí)驗(yàn)得到了電子的衍射圖樣，說明電子這種實(shí)物粒子發(fā)生了衍射，說明電子具有波動(dòng)性，故A錯(cuò)誤；故

B

正確；,加速電壓越大，電子德布羅意波波長越短，波長越由動(dòng)能定理可知，經(jīng)過電場加速后電子的速度由電子的德布羅意波波長公式電子德布羅意波的波長λ學(xué)以致用

·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)-NY3X19.hπ

王1.在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實(shí)驗(yàn)是(A.

弱光衍射實(shí)驗(yàn)B.

電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)C.弱光干涉實(shí)驗(yàn)D.X

射線的衍射實(shí)驗(yàn)解析

答案2.

關(guān)于德布羅意波，下列說法正確的是(

)A.

所有物體不論其是否運(yùn)動(dòng)，都有對應(yīng)的德布羅意波B.

任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一個(gè)波和它對應(yīng)，這就是德布羅意

波C.

運(yùn)動(dòng)著的電場、磁場沒有相對應(yīng)的德布羅意波D.只有運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子才有德布羅意波，對于宏觀物體，不論其是否運(yùn)動(dòng)，都沒有相對應(yīng)的德布羅意波解析答案3.

(多選為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高);(2)利用X

射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列.下

列分析中正確的是(A.

電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波波長比原子尺寸小得多B.

電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小C.要獲得晶體的X

射線衍射圖樣，X

射線波長要遠(yuǎn)小于原子的尺寸D.

中子的物質(zhì)波波長可以與原子尺寸相當(dāng)解析答案4.

(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(

)A.

光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B.

熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性C.

黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D.

動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波波長也相等解析答案5.