粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立【學(xué)習(xí)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1．知道德布羅意波的波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。2．了解量子力學(xué)的建立過(guò)程。二、過(guò)程與方法1．了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理研究的重要性。2．知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．通過(guò)閱讀和教師介紹講解，了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程，不斷得到糾正與修正。2．通過(guò)相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。3．通過(guò)了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，了解創(chuàng)造條件來(lái)進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】一、粒子的波動(dòng)性1．德布羅意波任何運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，又叫德布羅意波。物質(zhì)波波長(zhǎng)、頻率的計(jì)算公式為λ＝________，ν＝________。例題1：試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)。解：一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量大約為m≈50kg，百米跑時(shí)的速度約為v≈7m/s，德布羅意波長(zhǎng)：1.9×10-36m。2．我們之所以看不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體的動(dòng)量太大，德布羅意波長(zhǎng)太____的緣故。3．德布羅意假說(shuō)是光的波粒二象性的推廣，即光子和實(shí)物粒子都既具有粒子性又具有__________，即具有波粒二象性。與光子對(duì)應(yīng)的波是________波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng) 的波是________波。二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．1927年戴維森和湯姆孫分別利用晶體做了__________衍射的實(shí)驗(yàn)，從而證實(shí)了________的波動(dòng)性。2．人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性，對(duì)于這些粒子，德布羅意給出的ν＝________和λ＝________關(guān)系同樣正確。3．物質(zhì)波的應(yīng)用：______________________________三、量子力學(xué)的建立19、20世紀(jì)之交，人們?cè)赺______________、_____________、____________等許多類問(wèn)題中，都發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象。德國(guó)物理家海森堡和玻恩等人對(duì)玻爾的氫原子理論進(jìn)行了推廣和改造，使之可以適用于更普遍的情況。他們建立的理論被稱為_(kāi)_________________。1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了物質(zhì)波滿足的方程——______________，使玻爾理論的局限得以消除。由于這個(gè)理論的關(guān)鍵是物質(zhì)波，因此被稱為_(kāi)____________。1926年，薛定諤和美國(guó)物理學(xué)家?？ㄌ睾芸煊肿C明，波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的，它們是同一種理論的兩種表達(dá)方式。隨后數(shù)年，在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國(guó)的狄拉克和奧地利的泡利為代表的眾多物理學(xué)家的共同努力下，描述微觀世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來(lái)，它被稱為量子力學(xué)。四、量子力學(xué)的應(yīng)用量子力學(xué)被應(yīng)用到眾多具體物理系統(tǒng)中，得到了與實(shí)驗(yàn)符合得很好的結(jié)果，獲得了極大的成功。1．借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識(shí)了____________________________________。2．量子力學(xué)推動(dòng)了______________________________的發(fā)展。3．量子力學(xué)推動(dòng)了________________、________________和_____________的發(fā)展。激光、核磁共振、原子鐘，等等。4．量子力學(xué)推動(dòng)了____________________的發(fā)展。【練習(xí)鞏固】1．判一判（1）德布羅意認(rèn)為實(shí)數(shù)粒子也具有波動(dòng)性。（√）（2）光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋電磁理論。（×） （3）波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光只有波動(dòng)性，沒(méi)有粒子性。（×）（4）向前飛行的子彈具有波動(dòng)性。（√）2．下列說(shuō)法中正確的（）A．質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短B．速度大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短C．動(dòng)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短D．動(dòng)能大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短答案：C3．根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說(shuō)法中正確的是（）A．微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒(méi)有波動(dòng)性B．宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C．宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯答案：BD4．2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國(guó)科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長(zhǎng)為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則（）A．E＝hλ/c，p＝0B．E＝hλ/c，p＝hλ/c2C．E＝hc/λ，p＝0D．E＝hc/λ，p＝h/λ答案：D5．如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多大？（中子的質(zhì)量為1.67×10-27kg）答案：4.0×10-10m6.63×10-35m