人教版（2019）选择性必修第三册 4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课件(共34张PPT)

(课件网) 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 CONTENTS 01 粒子的波动性 02 物质波的实验验证 03 量子力学的建立 04 目录 典型例题 量子力学的应用 粒子性 波动性 注意：h起桥梁作用 λ越大，波动性越强 v越大，粒子性越强 电磁波 光 子 光的波动性 光的粒子性 波长 频率 波速 能量 动量 波的干涉 波的衍射 横波偏振 波动参量 波的行为特性 粒子参量 粒子的行为特性 黑体辐射 光电效应 康普顿效应 延长曝光时间，可发现在光波干涉理论算得的各明纹区域，光子出现的概率最大； 各暗纹区域，光子出现的概率最小。 令入射光极弱，光子数目极少，光子将会在屏上出现的确切位置无法预测。 双缝干涉实验 光的波粒二象性的统计观点解释 l 摄影底板或显微观察 光子的行为不能用经典粒子的运动状态参量描述和准确预测； 光波在空间某处的强度反映了光子在该处附近出现的概率。 单 缝 衍 射 像 圆孔衍射像 在光的衍射实验中，摄像记录弱光入射的几个不同曝光阶段的衍射图样，并进行比较，可以发现，在衍射图样中较亮的地方，光子出现的概率较大。 01 粒子的波动性 原子结构和波粒二象性 德布罗意，法国物理学家，1929年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。 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。 德布罗意提出假设：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。粒子的能量 ε 和动量p 跟它所对应的波的频率v和波长 λ 之间，遵从如下关系： 这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波（de Broglie wave），也叫作物质波（matter wave）。 1. 试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。 解：估计一个中学生的质量 m ≈ 50 kg ，百米跑时速度 v ≈ 7 m/s ，则 由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性，只考虑粒子性。 2. 速度υ = 5.0 102m/s飞行的子弹，质量为m =10-2Kg，对应的德布罗意波长。 3.电子m=9.1 10-31Kg，速度υ = 5.0 107m/s， 对应的德布罗意波长 X射线波段 02 物质波的实验验证 原子结构和波粒二象性 X射线衍射实验 ： 0.1nm 在 X射线 发现后的十多年间，这种射线到底是不是波长很短的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶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。 1927年戴维森和 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。 ⑴ 电子的衍射实验 G.P.汤姆孙 戴维孙 电子束穿过铝箔后的衍射 1961年琼森 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，发现了类似于双缝干涉实验结果。 （2） 电子的干涉现象 7个电子 100个电子 3000 20000 让电子少量通过双缝和大量通过双缝 70000 （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的缘故。 ★对德布罗意波的理解 （2）德布罗意波是一种概率波，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。 （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 ... ...