物理选择性必修 第三册5 粒子的波动性和量子力学的建立教学演示课件ppt

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1．知道实物粒子具有波动性，领会对称性的研究方法，感悟科学家的探求精神。2．过对物质波的实验验证内容的学习，感受实验研究这一重要的研究方法。3．通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的进步。
通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波动性。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？
他提出假设：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。
1924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子，如电子、质子等。
这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
实物粒子具有波粒二象性。
找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样
其德布罗意波的波长为：
若已知 m0， v。
对于一个自由的实物粒子
若已知 m0， Ek
2、某电子的动能Ek=100eV，求它的德布罗意波长。已知电子的静止质量m0e=9.11×10-31kg,1eV= 1.6×10-19J。
与 X 射线的波长相近，其波动性不可忽略。
波长短到无法检测，其波动性可以忽略。
1、某子弹的质量m0=0.01kg，v=400m/s，求它的德布罗意波长。普朗克常量h=6.63×10-34J · s。
X射线照在晶体上可以产生衍射
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。
X射线的频率范围30PHz~300EHz，对应波长为1pm~10nm，能量为124eV~1.24MeV。
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。
（2）实物粒子的干涉图样
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。
1925年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学。  
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。
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。
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（ quantum mechanics）。
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20世纪以来物理学的基础。
1、推动了核物理和粒子物理的发展
这是人们第一次利用太阳以外的能量
最微观层次和最宏观层次的规律，竟有着紧密的联系！
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，如激光、核磁共振、原子钟等等。
2、推动原子、分子物理和光学的发展
3、推动了固体物理的发展
量子力学的创立和索尔维会议
实物粒子既具有粒子性，也具有波动性这种波叫做物质波，二者通过h来联系。
观测电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样
【例题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
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。
【例题2】 (多选)关于经典力学、相对论与量子论的说法正确的是(　　)A.当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了B.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力
经典力学只适用于低速宏观的物体,故A正确;相对论和量子力学的出现,并没有否定经典力学,只是说经典力学有一定的适用范围,故B错误;量子力学描述了微观粒子运动的规律性,故C正确;万有引力定律对于强相互作用力是不适用的,故D错误。
【例题3】利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（ ）A.该实验说明了电子具有粒子性 B.实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝C.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D.若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误；
1.质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？
解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动。
2.关于粒子的波动性，下列说法正确的是（　　）A．实物粒子具有波动性，仅是一种理论假设，无法通过实验验证B．实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越大C．只有带电的实物粒子才具有波动性，不带电的粒子没有波动性D．实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短
解析：A．戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，得到电子的衍射图样，证明了实物粒子的波动性，故A错误；BD．根据德布罗意的波长公式又动量与动能的大小关系有联立两式可得所以，实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短；实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越短，故B错误，D正确；C．粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。答案：D
3. “4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代．4G所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109）， 而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（　　）A．光子能量较小B．光子动量较大C．在真空中传播速度更大D．遇到障碍物更容易发生衍射现象