粒子的波動性和量子力學(xué)的建立【學(xué)習(xí)目標】一、知識與技能1．知道德布羅意波的波長和粒子動量關(guān)系。2．了解量子力學(xué)的建立過程。二、過程與方法1．了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對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)度與價值觀1．通過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)過一個較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正。2．通過相關(guān)理論的實驗驗證，逐步形成嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。3．通過了解電子衍射實驗，了解創(chuàng)造條件來進行有關(guān)物理實驗的方法?！緦W(xué)習(xí)重點】實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動量關(guān)系?！緦W(xué)習(xí)難點】實物粒子的波動性的理解?！緦W(xué)習(xí)過程】一、粒子的波動性1．德布羅意波任何運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，又叫德布羅意波。物質(zhì)波波長、頻率的計算公式為λ＝________，ν＝________。例題1：試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波長。解：一個中學(xué)生的質(zhì)量大約為m≈50kg，百米跑時的速度約為v≈7m/s，德布羅意波長：1.9×10-36m。2．我們之所以看不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體的動量太大，德布羅意波長太____的緣故。3．德布羅意假說是光的波粒二象性的推廣，即光子和實物粒子都既具有粒子性又具有__________，即具有波粒二象性。與光子對應(yīng)的波是________波，與實物粒子對應(yīng) 的波是________波。二、物質(zhì)波的實驗驗證1．1927年戴維森和湯姆孫分別利用晶體做了__________衍射的實驗，從而證實了________的波動性。2．人們陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，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世紀之交，人們在_______________、_____________、____________等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的現(xiàn)象。德國物理家海森堡和玻恩等人對玻爾的氫原子理論進行了推廣和改造，使之可以適用于更普遍的情況。他們建立的理論被稱為__________________。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。由于這個理論的關(guān)鍵是物質(zhì)波，因此被稱為_____________。1926年，薛定諤和美國物理學(xué)家?？ㄌ睾芸煊肿C明，波動力學(xué)和矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的，它們是同一種理論的兩種表達方式。隨后數(shù)年，在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國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，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，得到了與實驗符合得很好的結(jié)果，獲得了極大的成功。1．借助量子力學(xué)，人們深入認識了____________________________________。2．量子力學(xué)推動了______________________________的發(fā)展。3．量子力學(xué)推動了________________、________________和_____________的發(fā)展。激光、核磁共振、原子鐘，等等。4．量子力學(xué)推動了____________________的發(fā)展?！揪毩?xí)鞏固】1．判一判（1）德布羅意認為實數(shù)粒子也具有波動性。（√）（2）光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋電磁理論。（×） （3）波長較長的光只有波動性，沒有粒子性。（×）（4）向前飛行的子彈具有波動性。（√）2．下列說法中正確的（）A．質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長短B．速度大的物體，其德布羅意波長短C．動量大的物體，其德布羅意波長短D．動能大的物體，其德布羅意波長短答案：C3．根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是（）A．微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性B．宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C．宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯答案：BD4．2002年諾貝爾物理學(xué)獎中的一項是獎勵美國科學(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射線每個光子的能量和動量，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．如果一個中子和一個質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多大？（中子的質(zhì)量為1.67×10-27kg）答案：4.0×10-10m6.63×10-35m