粒子的波动性和量子力学的建立【学习目标】一、知识与技能1．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。2．了解量子力学的建立过程。二、过程与方法1．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。2．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。三、情感、态度与价值观1．通过阅读和教师介绍讲解，了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。2．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．通过了解电子衍射实验，了解创造条件来进行有关物理实验的方法。【学习重点】实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。【学习难点】实物粒子的波动性的理解。【学习过程】一、粒子的波动性1．德布罗意波任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波。物质波波长、频率的计算公式为λ＝________，ν＝________。例题1：试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。解：一个中学生的质量大约为m≈50kg，百米跑时的速度约为v≈7m/s，德布罗意波长：1.9×10-36m。2．我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太____的缘故。3．德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有__________，即具有波粒二象性。与光子对应的波是________波，与实物粒子对应 的波是________波。二、物质波的实验验证1．1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了__________衍射的实验，从而证实了________的波动性。2．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。3．物质波的应用：______________________________三、量子力学的建立19、20世纪之交，人们在_______________、_____________、____________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__________________。1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——______________，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_____________。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。四、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____________________________________。2．量子力学推动了______________________________的发展。3．量子力学推动了________________、________________和_____________的发展。激光、核磁共振、原子钟，等等。4．量子力学推动了____________________的发展。【练习巩固】1．判一判（1）德布罗意认为实数粒子也具有波动性。（√）（2）光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论。（×） （3）波长较长的光只有波动性，没有粒子性。（×）（4）向前飞行的子弹具有波动性。（√）2．下列说法中正确的（）A．质量大的物体，其德布罗意波长短B．速度大的物体，其德布罗意波长短C．动量大的物体，其德布罗意波长短D．动能大的物体，其德布罗意波长短答案：C3．根据物质波理论，以下说法中正确的是（）A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．宏观物体和微观粒子都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显答案：BD4．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则（）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．如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？（中子的质量为1.67×10-27kg）答案：4.0×10-10m6.63×10-35m