4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课件（18张PPT）

(共18张PPT)
5 粒子的波动性和量子力学的建立
第四章　原子结构和波粒二象性
薛定谔
薛定谔的猫
新课导入
1.理解德布罗意波，会解释相关现象，理解德布罗意波的波长和粒子动量关系
学习目标
2.了解电子衍射实验，了解创造条件来进行有关物理实验的方法；通过相关理论的实验验证，逐步形成严谨求实的科学态度
3.了解量子力学的建立过程
知识点一 粒子的波动性
(1)德布罗意波
1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，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．
知识梳理
(2)物质波的波长、频率
用能量和动量p来表征事物粒子的粒子性，用频率v和波长λ来表征实物粒子的波动性，那么，对光适用的关系也适用于实物粒子，即ν＝，λ＝.
1892-1987，法国
德布罗意
宏观物体的运动也具有波动性吗？
提示：不管是微观粒子还是宏观运动的物体，都具有波动性，但宏观运动物体的波动性很不明显．
知识点二 物质波的实验验证
(1)实验探究思路
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
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．
知识梳理
戴维孙
G.P.汤姆孙
(3)说明
①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，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确．
②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性．
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.
(2)根据波长公式λ＝求解．
(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量p＝；微观粒子的动能：＝m，动量p＝mv.
知识点三 量子力学的建立和应用
（1）量子力学：描述微观世界行为的理论。
（2）量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命。量子力学和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础。
（3）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
知识梳理
例1　下列关于德布罗意波的认识正确的是(　　)
A．不管静止的还是运动的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
解析：A错：只有运动的物体才具有波动性．
B错：X光是波长很短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在．
C对：电子是实物粒子，其衍射证实了物质波的存在．
D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，但宏观物体仍具有波动性．
典例精析
C
例2　法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长λ＝，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波．如果有两个电子的速度分别为v1和v2，且v1＝2v2.则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为(　　)
A．λ1:λ2＝1:2 B．λ1:λ2＝4:1 C．λ1:λ2＝2:1 D．λ1:λ2＝1:4
解析：两个电子的速度之比v1：v2＝2：1
根据动量公式p＝mv得两个电子的动量之比p1：p2＝mv1：mv2＝2：1
根据德布罗意波长公式λ ＝
可知两个电子的德布罗意波的波长之比为λ1：λ2＝1：2．
A
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？
课堂达标
由波长公式可得λ＝＝m＝2.21×10－34m。
因为子弹的德布罗意波长太短，无法观察到其波动性。
不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动。
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
解析：A．根据光子能量
可知5G使用的电磁波光子能量较大，A错误；
B．根据光子动量
可知，5G使用的电磁波光子动量较大，B正确；
C．所有频率的光在真空中传播的速率均为 ，C错误；
D．由于波长 可知5G使用的电磁波波长更短，遇到障碍物不容易发生衍射现象，D错误。
故选B。
T
谢谢观看
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