4.5粒子的波动性和量子力学的建立 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦粒子的波动性和量子力学建立，涵盖光的二象性、德布罗意假设、物质波、电子衍射实验及不确定关系等核心内容。通过“光有粒子性，实物粒子是否有波动性”的问题导入，衔接光的二象性知识，搭建从光到实物粒子的认知支架。 其亮点在于结合科学思维与科学探究，通过电子衍射实验现象分析、例题计算（如电子与子弹波长对比）及量子力学建立时间线，帮助学生建构概率波模型。融入历史人物与技术应用表，培养科学态度，学生能提升科学推理能力，教师可借助丰富案例优化教学。

4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 光的二象性（dualism） 波动性特征： 粒子性特征： 波长大或障碍物小→波动性突出 波长小或障碍物大→粒子性突出 ν、λ E、p E = hν p=h/ λ 普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 实物粒子的波动性 光(波)具有粒子性，那么实物粒子具有波动性吗? 德布罗意假设 L.V. de Broglie （ 法国人，1892  1986 ）从自然界的对称性出发，认为既然光(波)具有粒子性，那么实物粒子也应具有波动性。1924.11.29德布罗意把题为“量子理论的研究”的博士论文提交给了巴黎大学。 波粒二象性 与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波 爱因斯坦 — 德布罗意关系式  — 德布罗意波长 波动性特征： 粒子性特征： ν、λ E、p ν = E/h λ = h/p 【例题】计算电子经过100V电压加速后的德布罗意波长。 【例题】计算质量m=0.01kg，速度v=300m/s子弹的德布罗意波长。 0.1nm 1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 射线 X射线衍射图样 若电子具有波动性的理论成立，那么电子打在晶体上应也能观察到衍射现象。 德国物理学家劳厄 1927年C.J.戴维森和 G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙之子）利用电子束穿过晶体做了电子束的衍射实验。因此，共同获1937年诺贝尔物理学奖。 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 电子衍射实验 ⑴实物粒子的衍射图样 汤姆孙 戴维孙 电子束穿过铝箔后的衍射 X射线衍射 大量电子的一次行为 在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象。 1961年琼森（Claus Jönsson）将一束电子加速到 50 Kev，让其通过一缝宽为 a = 0.510-6 m，间隔为 d = 2.010-6 m 的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于双缝衍射实验结果。 一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 70000 3000 20000 7个电子 100个电子 底片上出现一个个点子 电子具有粒子性。 随着电子增多，逐渐形成衍射图样来源于“一个电子”所具有的波动性，而不是电子间相互作用的结果。 尽管单个电子的去向是概率性的，但其概率在一定条件下（如双缝），还是有确定的规律的。 玻恩（M.Born）：德布罗意波并不像经典波那样是代表实在物理量的波动，而是描述粒子在空间的概率分布的“概率波”。 统一于概率波理论 光作为电磁波是弥散在空间而连续的 光作为粒子在空间中是集中而分立的 I大，光子出现概率大； I小，光子出现概率小。 波面被分割，不表示光子被分割， 光子通过1缝的概率正比于I1 ， 1 2 I1 I2 光子通过2缝的概率正 比于I2 。 上帝是掷骰子的？ 不确定关系 Δx·Δp ≥ h/4π ΔE·Δt ≥ h/4π 海森伯（W. Heisenberg）1927年由量子力学导出了不确定关系： 不确定关系使微观粒子运动失去 了“轨道”概念。 ▲ 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 —— 引力、天体 ▲ 量子力学 ◆ 旧量子论的形成： 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化 近代物理（20世纪）包括： 1925 Heisenberg 矩阵力学 ◆ 量子力学的建立： 量子力学  原子、分子、原子核、固体 量子电动力学（QED） 电磁场 量子场论  原子核和粒子 ◆ 量子力学的进一步发展： 1924 de Broglie 电子具有波动性 1928 Dirac 相对论波动方程 1927 Davisson， G.P.Thomson 电子衍射实验 1926 Schroedinger 波动方程 夏虫不可语冰 也许对微观物体来说，我们日常所习以为常的现象和规律才是反常的 我们从微观尺度上获得的知识反过来可以解释宏观体系里不可理解的现象 我们对宏观尺度和微观尺度上的规律都需要新的接触和测量来认识 Lavf58.29.100 $