【高中物理】粒子的波动性和量子力学的建立 高二物理同步精品课件（人教版2019选择性必修第三册）.pptx

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1、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 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建立第5节：粒子的波动性和量子力学的建立 温故知新 光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。1.光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。2.光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。思考：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？一、粒子的波动性德布罗意，法国物理学家，德布罗意，法国物理学家，19291929年年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学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的创始人，量子力学的奠基人之

2、一 19241924年，德布罗意在对光的波粒二象性、玻尔氢原子理论年，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。子，如电子、质子等。他他提出假设：提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒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。子都与一个对应的波相联系。粒子的能量和动量p跟它所对应的波频率和波长之间，遵从如下关系：普朗克常量普朗克常量h架起了粒子架起了粒子性与波动性之间的桥梁。性与波动性之间的桥梁。这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗

3、意波，也叫作物质波（matter wave）。波动性波动性粒子性粒子性h 二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证屏屏 P P多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极电子衍射实验电子衍射实验1 1、实物粒子的衍射图样、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电子束穿过铝箔后的衍射19271927年年C.J.C.J.戴维森戴维森和和 G.P.G.P.汤姆孙（汤姆孙（J.J.J.J.汤姆孙之子）利用电子束穿过晶体做了电汤姆孙之子）利用电子束穿过晶体做了电子束的衍射实验，证实电子波动性，因此，共同子束的衍射实验，证实电子波动性，因此，共同获获193

4、71937年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。大量电子的一次行为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。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。19611961年年琼森琼森（Claus JClaus Jnssonnsson）将一束电子加速到）将一束电子加速到 50 Kev50 Kev，让其通过一缝宽为，让其通过一缝宽为 a=0.5=0.5 1010-6-6 m m，间隔为，间隔为 d=2.0=2.0 1010-6-6 m m 的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于双缝衍射实验结果。双缝衍射

5、实验结果。二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证2 2、实物粒子的干涉图样实物粒子的干涉图样如：速度=5.0=5.0 10102 2m/sm/s飞行的子弹，质量为m =10=10-2-2KgKg，对应的德布罗意波长为：如：电子m=9.1=9.1 1010-31-31KgKg，速度=5.0=5.0 10107 7m/sm/s，对应的德布罗意波长为：太小测不到！X射线波段所以宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证3 3、为什么宏观物体观察不到波动性、为什么宏观物体观察不到波

6、动性任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以 观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小波长太小的缘故。德布罗意波是一种概率波概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不 要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。与实物粒子对应的波是物质波。二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证4 4、对德布罗意波的理解对德布罗意波的理解 二、物

7、质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证二、物质波的实验验证5 5、光的波动性、粒子性是统一的光的波动性、粒子性是统一的19251925年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学。了矩阵力学。19261926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程波满足的方程薛定谔方程。薛定谔方程。波动波动力学力学在它们的背后，应该存在着统一在它们的背后，应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。描述微观世界行为的普遍性规律。普朗克黑体辐普朗克黑体辐射理论射理论爱因斯坦光爱因斯坦光电效应理论电效应理论德布罗意物德布罗意

8、物质波假说质波假说玻尔氢原子玻尔氢原子理论理论康普顿散射康普顿散射理论理论普朗克常量普朗克常量h 三三三三、量子力学的建立、量子力学的建立、量子力学的建立、量子力学的建立 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，善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学（它被称为量子力学（quantum mechanics quantum mechanics）。）。量子力学的

9、创立是物理学历史上的一量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命。它和相对论共同构成了次重要革命。它和相对论共同构成了2020世世纪以来物理学的基础。纪以来物理学的基础。三三三三、量子力学的建立、量子力学的建立、量子力学的建立、量子力学的建立1 1、推动了核物理和粒子物理的发展推动了核物理和粒子物理的发展这是人们第一次利这是人们第一次利用太阳以外的能量用太阳以外的能量 最微观层次和最宏最微观层次和最宏观层次的规律，竟有观层次的规律，竟有着紧密的联系！着紧密的联系！三三三三、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用 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，如发展了各

10、式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术，如激光、核磁共振、原子钟等等。激光、核磁共振、原子钟等等。光纤通信光纤通信2 2、推动原子、分子物理和光学的发展推动原子、分子物理和光学的发展激光技术激光技术核磁共振核磁共振 三三三三、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用3 3、推动了固体物理的发展推动了固体物理的发展晶体管晶体管集成电路集成电路 三三三三、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用、量子力学应用量子力学的创立和索尔维会议量子力学的创立和索尔维会议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 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建1 1下列关于德布罗意波的

11、认识，正确的解释是（）下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是（）A A任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B BX X光的衍射证实了物质波的假设是正确的光的衍射证实了物质波的假设是正确的C C电子的衍射证实了物质波的假设是正确的电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D D宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性C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 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建2 2法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体

12、，小到电子、质子，大到行星、法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长太阳，都有一种波与它对应，波长=h/p=h/p，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波。如果有两个电子的速度分别为波。如果有两个电子的速度分别为v v1 1和和v v2 2，且，且v v1 12v2v2 2。则这两个电子对应的德布罗意波。则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为（）的波长关系为（）A A1 12 21212B B1 12 24141C C1 12 22121D D1 12 21414A高中物理选择性必修第三册

13、第四章：原子结构和波粒二象性 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建3 3实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是（）实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是（）A A光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关B B射线在经过过饱和酒精蒸气时会留下清晰的径迹射线在经过过饱和酒精蒸气时会留下清晰的径迹C C人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构人们利用电子显微镜观测物质的微观结构CD高中物理

14、选择性必修第三册 第四章：原子结构和波粒二象性 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建4 4电子束穿过铝箔后，下列说法中正确的是（电子束穿过铝箔后，下列说法中正确的是（）A A仍沿直线运动仍沿直线运动B B将发生衍射将发生衍射C C与光的行射图样类似与光的行射图样类似D D以上说法都不对以上说法都不对BC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 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建5 5波粒二象性是微观粒子的基本特征，以下说法正确的是波粒二象性是微观粒子的基本特征，以下说法正确的是()()A.A.光电效应现象揭示了光的波动性光电效应现象揭示了光的波动性B.B.热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性C.C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等B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 第 5节粒子的波动性和量子力学的的建