高中 物理 必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性《第5节 粒子的波动性和量子力学的建立》教学设计.docxVIP

第5节粒子的波动性和量子力学的建立

[学习目标]

1．理解德布罗意波，会解释相关现象。

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。

3．了解量子力学的建立过程，了解量子力学的应用。

知识点1粒子的波动性

1．德布罗意波

1924年，法国物理学家德布罗意提出假设：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。

2．物质波的波长、频率关系式

ν＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p)。

知识点2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年戴维森和G.P.汤姆孙分别利用单晶和多晶晶体，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。

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＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)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。

[判一判]

1．(1)德布罗意认为实数粒子也具有波动性。()

(2)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。()

(3)湖面上的水波就是物质波。()

(4)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。()

(5)向前飞行的子弹具有波动性。()

提示：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√

知识点3量子力学的建立

19、20世纪之交，人们在黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象。

德国物理学家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造，使之可以适用于更普遍的情况。他们建立的理论被称为矩阵力学。

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，使玻尔理论的局限得以消除。由于这个理论的关键是物质波，因此被称为波动力学。

1926年，薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明，波动力学和矩阵力学在数学上是等价的，它们是同一种理论的两种表达方式。

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。

知识点4量子力学的应用

量子力学被应用到众多具体物理系统中，得到了与实验符合得很好的结果，获得了极大的成功。

1．借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。

2．量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。

3．量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。激光、核磁共振、原子钟，等等。

4．量子力学推动了固体物理的发展。

[判一判]

2．(1)借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。()

(2)量子力学是在早期量子论的基础上创立的。()

提示：(1)√(2)√

1．(物质波的理解和波长的计算)以下关于物质波的说法正确的是()

A．实物粒子与光子都具有波粒二象性，故实物粒子与光子是本质相同的物体

B．一切运动着的物体都与一个对应的波相联系

C．机械波、物质波都不是概率波

D．实物粒子的动量越大，其波长越长

答案：B

2．(对粒子的波动性的理解)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：选D。戴维森和G.P.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；根据德布罗意的波长公式λ＝eq\f(h,p)，又动量与动能的大小关系有p＝eq\r(2mEk)，联立两式可得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，所以实物粒子的动能越大，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；粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。

3．(对光的波粒二象性的理解)下列说法正确的是()

A．光子就是质点

B．光不具有波动性

C．光具有波粒二象性

D．实物粒子和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

解析：选C。光子的本质是电磁波，不是质点；光具有波粒二象性；实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，但是实物粒子与光子是不同本质的物质。

探究一物质波的理解和波长的计算

1．物质的分类

(1)由分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的