人教版高中物理选择性必修第三册精品课件 第4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.ppt

5.已知普朗克常量为h,真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子,该光子的能量为;反冲核的质量为m,则反冲核的物质波的波长为。?*不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海！5粒子的波动性和量子力学的建立课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随堂训练素养?目标定位目标素养1.知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。2.了解量子力学的建立过程。3.了解量子力学的应用。4.通过对物理学研究过程的了解,体会实验事实以及实验对物理研究的重要性。知识概览课前·基础认知一、粒子的波动性1.德布罗意假说: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,这种与实物粒子相联系的波,称为德布罗意波,也叫物质波。?微训练一颗近地卫星质量为m,其德布罗意波长为多少?(已知地球半径为R,重力加速度为g)二、物质波的实验验证1.波动性的重要特征:干涉和衍射现象。?2.电子的衍射图样:1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验,得到了电子的衍射图样,如图所示,证实了电子的波动性。?3.电子的干涉: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。?4.实验拓展。人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于5.实验结论:物质波的观念被实验证实,电子、质子、原子等粒子和光一样,也具有波粒二象性。微思考1为什么不能直接看到物质波的衍射?提示:因为物质波波长很短,只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。三、量子力学的建立1.德国物理学家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造,使之可以适用于更普遍的情况。他们建立的理论被称为矩阵力学。?2.1926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,使玻尔理论的局限得以消除。由于这个理论的关键是物质波,因此被称为波动力学。?3.1926年,薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明,波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,它们是同一种理论的两种表达方式。?4.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。?微思考2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。在这些成功的理论中,普朗克常量都扮演了关键性的角色,这预示着什么?提示:预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系,应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。四、量子力学的应用1.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。?2.量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。?3.量子力学推动了固体物理的发展。课堂·重难突破重难归纳1.对物质波的理解。(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,这种波叫物质波,其波长λ=。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。(2)德布罗意假说是光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。对物质波的理解2.计算物质波波长的方法。(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。1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验,得到如图甲所示的衍射图样。1961年,约恩孙做了电子双缝干涉实验,从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片,试问这两个实验证明了什么?提示:电子束衍射实验证明了电子的波动性,电子双缝干涉实验证明了物质波的存在。典例剖析在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.67×10-27kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子的动量的数量级可能是()A.10-17kg·m/s B.10-18kg·m/sC.10-20kg·m/s D.10-24kg·m/s答案:D因此热中子的动量的数量级是10-24kg·m/s,选项D正确。学以致用影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射,衍射越明显,分辨本领越低。电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm,如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同速度的情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小于0.2nm B.大于0