人教版高中物理选择性必修第3册 第四章 原子结构和波粒二象性 5.粒子的波动性和量子力学的建立.pptVIP

5.粒子的波动性和量子力学的建立第四章

内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习

学习目标1.知道光和实物粒子都具有波粒二象性。(物理观念)2.了解物质波,知道说明实物粒子具有波动性的实验事实。(物理观念)5.了解量子力学的建立及在微观世界中的应用。(物理观念)

思维导图

课前篇自主预习

必备知识1.粒子的波动性(1)德布罗意波每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,也叫物质波。(2)物质波的波长、频率关系式

2.物质波的实验验证(1)验证思路干涉、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。(2)实验验证①1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了电子的衍射图样,证实了电子的波动性。②在后来的实验中,人们观测到了电子的干涉现象。

③人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性,对于这些粒子,④宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多,运动时的动量很大,对应的德布罗意波的波长很短,根本无法观察到它的波动性。

3.量子力学的建立和应用电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性,同时还具有波动性,它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明,而量子力学能够很好地描述微观粒子的运动规律。

自我检测1.正误判断,判断结果为错误的小题请说明原因。(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。()答案√(2)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。()答案√(3)一切宏观物体都伴随一种波,即物质波。()答案×解析运动的物体才具有波动性。

(4)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。()答案√(5)经典力学一般不适用于微观粒子。()答案√

2.(多选)经典力学规律适用于下列运动的是()A.子弹的飞行 B.飞船绕地球的运行C.列车的运行 D.粒子接近光速的运动答案ABC解析经典力学的适用范围是宏观、低速情形,子弹的飞行、飞船绕地球的运行、列车的运动,经典力学可以适用,故A、B、C正确;对于微观、高速的情形经典力学不适用,只能用量子力学来研究,故D错误。

3.电子经电势差为U=200V的电场加速,电子质量me=0.91×10-30kg,求此电子的德布罗意波长。答案8.69×10-2nm

课堂篇探究学习

探究一粒子的波动性情境探究根据测算,羽毛球离拍时的最大速度可达到288km/h,羽毛球的质量为5.0g,试求其德布罗意波长,我们能观察到羽毛球的波动性吗?

知识归纳1.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。3.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,与实物粒子对应的波是物质波。

闪光语录一般宏观物体物质波的波长很短,波动性很不明显,难以观察到其衍射现象,如只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。

实例引导例1下列关于德布罗意波的认识正确的是()A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的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

答案C解析运动的物体才具有波动性,A项错;宏观物体由于动量太大,德布罗意波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但仍具有波动性,D项错;X光是波长极短的电磁波,是光子,它的衍射不能证实物质波的存在,B项错;只有C项正确。

规律方法求解物质波波长的方法(1)根据已知条件,写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p=mv。

变式训练1现有一颗质量为5.0kg的炮弹。(1)以200m/s的速度运动时,它的德布罗意波长为多大?(2)假设它以光速运动,它的德布罗意波长为多大?(3)若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等,则它必须以多大的速度运动?

答案(1)6.63×10-37m(2)4.42×10-43m(3)3.32×10-28m/s

探究二量子力学的建立和应用情境探究如图甲,质子束被加速到接近光速;如图乙,中子星是质量、密度非常大的星体。请思考:(1)经典力学是否适用于质子束的运动规律?如何研究质子束的运动规律?(2)经典力学是否适用于中子星表面的物理规律?如何研究中子星表面的物理规律?

要点提示(1)经典力学不适用微观粒子的研究,而量子理论较好地适用于微观世界。(2)经典力学对中子星表面的物理规律并不适用,而相对论对中子星表面的物理规律适用。

知识归纳1.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