4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 人教版选择性必修第三册 —— 第四章 原子结构和波粒二象性 一、粒子的波动性 1.光的波粒二象性 光的干涉、衍射 光电效应方程、康普顿效应 ———光的波动性 ——光的粒子性 光具有波粒二象性 光子的能量 光子的动量 粒子性 波动性 普朗克常量h 托马斯·杨 菲涅尔 麦克斯韦 爱因斯坦 一、粒子的波动性 2.实物粒子的波动性 德布罗意 （1892--1987） 整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法； 在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子方面的图象想得太多，而忽视了波的现象？ 光的波粒二象性 实物粒子的波粒二象性 实物粒子也具有波动性 德布罗意波（物质波）—— ——每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系 二、物质波的实验验证 X射线的衍射：劳厄利用晶体中排列规则的物质微粒作为光栅，检验其波动性。 电子衍射：戴维孙、汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验。 晶体的微观结构 伦琴射线衍射图谱 电子衍射图谱 电子衍射图谱 1.电子的波动性 二、物质波的实验验证 2.概率波 粒子：任意的时刻有确定的位置和速度，以及时空中确定的轨迹。 波：在空间弥散开，具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 概率波： 光的双缝干涉 电子干涉条纹 光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小 单个粒子——粒子性 大量粒子——波动性 经典理论 二、物质波的实验验证 物体 质量 速度 物质波波长 子弹 0.01kg 300m/s 2.2×10-34m 电子 9.1×10-31kg 5.9×107m/s 1.2×10-10m 3.其它实物粒子的波动性 陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性。 宏观物体的波动性 ——无法观察到 关系同样正确 三、量子力学的建立 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 德布罗意 物质波假说 普朗克常量 h 1925年 海森堡和玻恩 建立 矩阵力学 推广 改造 对玻尔 氢原子 理论 适用于 更普遍的情况 1926年 薛定谔 提出 物质波 满足的 方程 薛定谔方程 很容易得到 氢原子光谱的公式 消除玻尔理论的局限 波动力学 一种理论的两种表达方式 三、量子力学的建立 在普朗克、玻尔等人所建立“早期量子论”的基础上又由玻恩、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，逐步完善并最终完整地建立起来的理论系统。 成为统一描述微观世界物理规律的普遍理论。 1.量子力学 （1927年第五届29位参会者中，有17人获得了诺贝尔奖） 2.量子力学与索尔维会议 四、量子力学的应用 1.人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性，推动了核物理和粒子物理的发展 核能是人们第一次利用太阳以外的能量 粒子物理促进了天文学、宇宙学的研究 认识了原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了激光、核磁共振、原子钟等技术 2.重要技术诞生年表 毫不夸张地说，在过去的一百年中，量子力学极大地推动了人类的进步。 德布罗意 Lavf57.83.100 $$