4.5粒子的波动性和量子力学的建立-2022-2023学年高二物理备课高效互动课件（人教2019选择性必修第三册）

高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 热力学定律 4.5 粒子的波动性和量子力学 的建立 问题: 通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波动性。我们已经认识到如电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会同时具有波动性呢？ 高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 热力学定律 高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 热力学定律 1924年，法国物理学家德布罗意在对光的波粒二象性、玻尔氢原子理论以及相对论的深入研究的基础上，把波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。 德布罗意，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 他提出假设：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。 1、德布罗意波：每一个运动的粒子都与对应的波长相联系，这种与实物粒子相联系的波，我们管这种波叫德布罗意波，也叫物质波. 一 粒子的波动性 2、物质波的波长： 3、物质波的频率： 波动性 粒子性 普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 4、大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。一切实物粒子都有波动性。 4 1、计算质量为 10-2Kg，速度为 5.0102m/s飞行的子弹对应的德布罗意波长。 2、计算质量m为 9.110-31Kg，速度为 5.0107m/s的电子对应的德布罗意波长。 太小测不到！ X 射线波段 宏观物体的波动性很小不必考虑，只考虑其粒子性。 一 粒子的波动性 例题： 戴维孙 G.P.汤姆孙 实验验证： 1927年， 戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，获得了衍射图样，证实了电子的波动性。他们因此获得了1937年的诺贝尔物理学奖. 实验思路： 干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象. 二 物质波的实验验证 6 1929年，德布罗意因提出物质波的假说获得了诺贝尔物理学奖。之后，戴维孙和G. P. 汤姆孙因证实电子波动性获得了1937年的诺贝尔物理学奖。 ②宏观物体动量很大，德布罗意波的波长很短，根本无法观察到波动性。 说明： 德布罗意提出物质波的观念被证实，表明实物粒子也具有波粒二象性。 ①中子、质子、原子、分子具有波动性， 和 的关系同样正确。 二 物质波的实验验证 7 1.经典物理学的疑难： 经典物理学无法解释的现象，这就表明，微观世界的物理规律和宏观世界的物理定律可能存在巨大的差别，人们需要建立描述微观世界的物理理论。 2.新理论的成功： 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。 三 量子力学的建立和应用 8 三 量子力学的建立和应用 3、1925年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学。 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。 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。    量子力学的创立和索尔维会议 10 四 量子力学的应用 1.推动了核物理和粒子物理的发展.人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究. 2.推动了原子、分子物理和光学的发展 人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术. 四 量子力学的应用 光纤通信 激光技术 核磁共振 3.推动了固体物理的发展 人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分. 四 量子力学的应用 晶体管 集成电路 1、判断下列说法的正误. (1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.(　 　) (2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.(　 　) (3)宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长.(　 　)