第四章 5 粒子的波动性和量子力学的建立（课件）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第三册18张PPT

第四章 原子结构与波粒二象性
5　粒子的波动性和量子力学的建立
选修第三册 人教版
学习目标
1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.
2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.
3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用．
知识梳理
一、粒子的波动性
1．德布罗意波：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．
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：ν＝?????，λ＝?????.
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3．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．
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4．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.
(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：Ek＝12mv2，动量p＝mv.
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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用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．
3．说明
除了电子以外，人们陆续证实了中子、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＝?????关系同样正确．
4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性．
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三、量子力学的建立
四、量子力学的应用
借助量子力学，人们深入认识了微观(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性．
1．推动了核物理和粒子物理的发展．人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究．
2．推动了原子、分子物理和光学的发展
人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，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．
3．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，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分．
1.（2019高二下·宜昌期中）关于物质波下列说法中正确的是（?? ）
A.?实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质
B.?物质波和光波都不是概率波
C.?粒子的动量越小，其波动性越易观察
D.?粒子的动量越大，其波动性越易观察
例题
【答案】 C
【考点】物质波
【解析】【解答】A、实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是同一种物质，A不符合题意；
B、根据德布罗意的物质波理论，物质波和光波一样都是概率波，B不符合题意；
CD、根据德布罗意的物质波理公式 ，可知粒子的动量越大，波长越小，其波动性越不明显；粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，越容易观察，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C
参考答案
2.关于物质波的认识，下列说法中正确的是（?? ）
A.?电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
B.?物质波也是一种概率波
C.?任一运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波
D.?宏观物体尽管可以看作物质波，但他们不具有干涉、衍射等现象
例题
【答案】ABC
【考点】物质波
【解析】【解答】解：A、电子是实物粒子，衍射是波特有的，所以电子束的衍射图样证实了德布罗意物质波的假设是正确的．故A选项正确．
B、物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配．故B选项正确．
参考答案
C、任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波 所以要物体运动时才有物质波．故C选项正确．
D、衍射现象和干涉现象是一切波的性质特征．故D选项错误．
故选：ABC．
3.任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ= ????? ，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波．现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p1|＜|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为多少？
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例题
【答案】解：中子的动量P1= ?????1 ，氘核的动量P2=?????2 选取|p2|的方向为正方向，根据动量守恒可得，对撞后形成的氚核的动量P3=P2﹣P1
所以氚核的德布罗意波波长为λ3= ?????3=
答：粘在一起的物体的德布罗意波长为 ．
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参考答案
Thanks