5 粒子的波动性和量子力学的建立 [定位·学习目标] 1.阅读教材,知道德布罗意波以及相关实验验证、量子力学的建立及其对科学发展的作用,形成物理观念。2.通过实验观察电子束的衍射现象,使波粒二象性推广到实物粒子,培养科学思维和科学探究精神。3.通过学习科学家为建立量子力学而不懈努力的精神,培养科学态度。 知识点一 粒子的波动性 和物质波的实验验证 探究新知 1.物质波 (1)德布罗意把波粒二象性推广到实物粒子,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。 (2)粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系为 ν=,λ=。 (3)与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波,也叫作物质波。 2.物质波的实验验证 (1)实验思路。 若电子、质子等实物粒子也真的具有波动性,它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。 (2)实验验证。 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的实验,得到了类似如图甲所示的衍射图样,从而证实了电子的波动性。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(如图乙所示)。 (3)微观粒子的波动性。 除了电子以外,后来还陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性。对于这些粒子,德布罗意给出的ν=和λ=的关系同样正确。 (4)宏观物体的波动性。 宏观物体的质量比微观粒子大得多,它们运动时的动量很大,根据λ=可知,对应的德布罗意波的波长很短,比宏观物体的尺度小得多,根本无法观察到波动性。 新知检测 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。( √ ) (2)一切宏观物体都伴随一种波,即物质波。( × ) (3)运动着的宏观物体,一定对应着一个波长很长的波。( × ) (4)实际中很难实现实物粒子衍射的根本原因是障碍物及孔的尺寸偏小。( × ) 知识点二 量子力学的建立和应用 探究新知 1.量子力学的建立 (1)背景:19、20世纪之交,人们发现了经典物理学无法解释的现象。这类现象在各类系统中普遍存在,且都和原子、分子等微观粒子的行为紧密相关。 (2)分立理论: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都是针对一个特定的具体问题取得了成功,都不是统一的普遍性理论,但这些理论中,普朗克常量扮演着关键角色,预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系。 (3) 2.量子力学的应用 (1)深入认识了微观世界的组成、结构和属性。 (2)推动了核物理和粒子物理的发展。粒子物理学的发展又促进了天文学和宇宙学的研究;核物理的发展让人们成功地认识并利用核能。 (3)推动了原子、分子物理和光学的发展。在此基础上,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。 (4)推动了固体物理的发展。人们了解了固体中电子运行的规律,弄清了导体、绝缘体、半导体的不同,制造了各类固态电子器件及大规模集成电路。 新知检测 [判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”] (1)经典物理学无法解释黑体辐射、光电效应等现象,说明经典物理学已过时。( × ) (2)各种经典物理学无法解释的现象中,普朗克常量都扮演着关键性角色。( √ ) (3)矩阵力学是在物质波基础上建立的,并很容易得到氢原子的光谱公式。( × ) (4)矩阵力学和波动力学是同一种理论的两种表达方式。( √ ) 要点 对物质波的理解 情境探究 如图所示是电子束穿过铝箔后的衍射图样。 探究:(1)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么 (2)德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性,可是观察运动着的汽车,我们并未感觉到它的波动性,为什么 【答案】 (1)电子具有波动性。 (2)一切运动着的宏观物体(汽车)也存在波动性。但宏观物体质量大,动量大,产生的 ... ...
~~ 您好，已阅读到文档的结尾了 ~~
