高中物理 17_3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5

3 粒 子 的 波 動(dòng) 性 1. 知 道 實(shí) 物 粒 子 和 光 子 一 樣 都 具 有 波 粒 二 象 性 。2. 了 解 物 質(zhì) 波 的 概 念3. 知 道 說(shuō) 明 實(shí) 物 粒 子 具 有 波 動(dòng) 性 的 實(shí) 驗(yàn) 事 實(shí) 。4. 知 道 =hv和 揭 示 了 光 的 粒 子 性 和 波 動(dòng) 性 之 間 的 聯(lián) 系 。5. 會(huì) 用 及 進(jìn) 行 計(jì) 算 。hp hp hp 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 首 先 回 顧 前 面 對(duì) 光 的 學(xué) 習(xí) ， 總 結(jié) 人 類 對(duì) 光 的 本 性 的 認(rèn) 識(shí) 的 發(fā) 展 過(guò) 程 ，從 光 的 波 粒 二 象 性 引 出 其 他 物 質(zhì) （ 粒 子 ） 也 具 有 波 動(dòng) 性 ， 提 出 德 布 羅 意 波及 德 布 羅 意 的 關(guān) 系 式 。 然 后 通 過(guò) 德 布 羅 意 的 關(guān) 系 式 算 出 一 些 常 見(jiàn) 宏 觀 物 體的 波 長(zhǎng) ， 得 出 宏 觀 物 體 不 易 看 到 波 動(dòng) 性 的 現(xiàn) 象 。 最 后 通 過(guò) 介 紹 物 質(zhì) 波 的 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn) 證 ， 如 ： 電 子 衍 射 實(shí) 驗(yàn) 、 電 子 雙 縫 實(shí) 驗(yàn) ， 讓 學(xué) 生 進(jìn) 一 步 了 解 物 質(zhì) 波 現(xiàn)象 。 教 學(xué) 中 較 多 的 采 用 點(diǎn) 撥 法 和 啟 發(fā) 式 教 學(xué) 。 把 學(xué) 習(xí) 的 主 動(dòng) 權(quán) 還 給 學(xué) 生 ，在 介 紹 光 的 發(fā) 現(xiàn) 歷 程 的 過(guò) 程 中 ， 可 以 讓 學(xué) 生 在 課 前 搜 索 一 些 發(fā) 現(xiàn) 光 的 性 質(zhì)的 典 故 。 利 用 上 一 節(jié) 得 到 的 公 式 ， 讓 學(xué) 生 觀 察 其 中 的 統(tǒng) 一 。 并 且 在 討 論 德布 羅 意 波 的 正 確 性 方 面 ， 可 以 通 過(guò) “ 子 彈 波 ” 和 “ 電 子 波 ” 進(jìn) 行 討 論 。 最后 還 可 以 通 過(guò) 視 頻 ， 觀 察 電 子 束 的 衍 射 現(xiàn) 象 。 科 學(xué) 合 理 的 教 學(xué) 方 法 能 使 教學(xué) 效 果 事 半 功 倍 ， 達(dá) 到 教 與 學(xué) 的 和 諧 完 美 統(tǒng) 一 。設(shè) 計(jì) 思 路 光 的 本 性有記者曾問(wèn)英國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息。”如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？那么光的本性到底是什么？新 課 導(dǎo) 入 T /年 波動(dòng)性 粒子性惠更斯波動(dòng)說(shuō) 牛頓微粒說(shuō) 愛(ài)因斯坦光子說(shuō)麥克斯韋電磁說(shuō)科學(xué)視野 T /年 波動(dòng)性 粒子性惠更斯波動(dòng)說(shuō) 牛頓微粒說(shuō) 愛(ài)因斯坦光子說(shuō)麥克斯韋電磁說(shuō)托 馬斯 楊雙 縫干 涉實(shí) 驗(yàn) 菲 涅耳 衍射 實(shí)驗(yàn) 赫 茲電 磁波 實(shí)驗(yàn)赫 茲發(fā) 現(xiàn)光 電效 應(yīng) 密 立根 光電 效應(yīng) 實(shí)驗(yàn) 康 普頓 效應(yīng)科學(xué)視野 T /年 波動(dòng)性粒子性惠更斯波動(dòng)說(shuō) 牛頓微粒說(shuō) 愛(ài)因斯坦光子說(shuō)麥克斯韋電磁說(shuō)科學(xué)視野 光 既 具 有 粒 子 性 ， 又 具 有 波 動(dòng) 性 ！光 的 干 涉 光 的 衍 射光 電 效 應(yīng) 康 普 頓 效 應(yīng) h 光 子 的能 量 光 子 的動(dòng) 量 p 與 是 描 述 粒 子 性 的 ， 、 v 是 描 述 波 動(dòng) 性 的 ， h 則 是 連接 粒 子 性 和 波 動(dòng) 性 的 橋 梁 。一、光的波粒二象性 =hp 新 課 講 授 他 認(rèn) 為 ， “ 整 個(gè) 世 紀(jì) 以 來(lái) ( 指 19世 紀(jì) ) 在 光 學(xué) 中 比 起 波 動(dòng) 的 研究 方 法 來(lái) ， 如 果 說(shuō) 是 過(guò) 于 忽 視 了 粒 子 的 研 究 方 法 的 話 ， 那 么 在 實(shí)物 的 理 論 中 ， 是 否 發(fā) 生 了 相 反 的 錯(cuò) 誤 呢 ？ 是 不 是 我 們 把 粒 子 的 圖象 想 得 太 多 ， 而 過(guò) 分 忽 略 了 波 的 圖 象 呢 ” 德 布 羅 (De Broglie)， 法 國(guó) 物 理 學(xué)家 ， 1929年 諾 貝 爾 物 理 學(xué) 獎(jiǎng) 獲 得 者 ， 波動(dòng) 力 學(xué) 的 創(chuàng) 始 人 ， 量 子 力 學(xué) 的 奠 基 人 之一 。 1923年 發(fā) 表 了 題 為 “ 波 和 粒 子 ” 的論 文 ， 提 出 了 物 質(zhì) 波 的 概 念 。二、粒子的波動(dòng)性 （ 具 有 能 量 ） （ 具 有 頻 率 ）（ 具 有 動(dòng) 量 ） h p （ 具 有 波 長(zhǎng) ） 能 量 為 、 動(dòng) 量 為 p 的 粒 子 與 頻 率 為 v、 波 長(zhǎng) 為 的 波 相聯(lián) 系 ， 并 遵 從 以 下 關(guān) 系 ： = m c2 = hv hp m c 一 個(gè) 質(zhì) 量 為 m 的 實(shí) 物 粒 子 以 速 率 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 即 具 有 以 能量 和 動(dòng) 量 p 所 描 述 的 粒 子 性 ， 同 時(shí) 也 具 有 以 頻 率 v 和 波 長(zhǎng) 所 描 述 的 波 動(dòng) 性 。 =v h =hp 后 來(lái) ， 大 量 實(shí) 驗(yàn) 都 證 實(shí) 了 ： 質(zhì) 子 、 中 子 和 原 子 、 分 子 等實(shí) 物 微 觀 粒 子 都 具 有 波 動(dòng) 性 ， 并 都 滿 足 德 布 羅 意 關(guān) 系 。德布羅意關(guān)系 實(shí) 物 粒 子 的 波 粒 二 象 性 的 意 思 是 ： 微 觀 粒 子 既 表 現(xiàn) 出 粒子 的 特 性 ， 又 表 現(xiàn) 出 波 動(dòng) 的 特 性 。 這 種 和 實(shí) 物 粒 子 相 聯(lián) 系 的 波 稱 為 德 布 羅 意 波 ( 物 質(zhì) 波 或概 率 波 )， 其 波 長(zhǎng) 稱 為 德 布 羅 意 波 長(zhǎng) 。 由 光 的 波 粒 二 象 性 的 思 想 推 廣 到 微 觀 粒 子 和 任 何 運(yùn) 動(dòng) 著的 物 體 上 去 ， 得 出 物 質(zhì) 波 （ 德 布 羅 意 波 ） 的 概 念 ： 任 何 一 個(gè)運(yùn) 動(dòng) 著 的 物 體 都 有 一 種 波 與 它 相 對(duì) 應(yīng) ， 該 波 的 波 長(zhǎng) 。 =hp 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 50 kg ， 百 米 跑 時(shí)的 速 度 約 為 7 m/s ， 由 光 子 的 動(dòng) 量 表 達(dá) 式 有 ： 由 計(jì) 算 結(jié) 果 看 出 ， 宏 觀 物 體 的 物 質(zhì) 波 波 長(zhǎng) 非 常 小 ， 所 以很 難 表 現(xiàn) 出 其 波 動(dòng) 性 。 34 366.63 10 m 1.9 10 m50 7hp ？想一想 1. 電 子 動(dòng) 能 k = 100 eV； 子 彈 動(dòng) 量 p = 6.63 106 kgms-1, 求 它 們 的 德 布 羅 意 波 長(zhǎng) 。解 ： 因 電 子 動(dòng) 能 較 小 ， 速 度 較 小 ， 可 用 經(jīng) 典 物 理 學(xué) 求 解 。22k 12 2pm m 24k2 5.4 10 kg m/sp m 34 10246.63 10 m=1.23 10 m5.4 10hp 電 子 34 4066.63 10 m=1.0 10 m6.63 10hp 子 彈 典例探究 由 于 德 布 羅 意 博 士 論 文 獨(dú) 創(chuàng) 性 ， 得 到 了 答 辯 委 員 會(huì) 的 高 度評(píng) 價(jià) ， 但 是 人 們 總 覺(jué) 得 他 的 想 法 過(guò) 于 玄 妙 ， 無(wú) 法 接 受 。 于 是 ，有 人 質(zhì) 問(wèn) ： 有 什 么 可 以 驗(yàn) 證 這 一 新 的 觀 念 ？ X 射 線 照 在 晶 體 上 可 以 產(chǎn) 生 衍 射 ， 電 子 打 在 晶 體 上 也 能觀 察 電 子 衍 射 。 如 果 你 是 德 布 羅 意 ， 將 如 何 驗(yàn) 證 自 己 的 觀 點(diǎn) ？想一想 1927年 C.J.戴 維 森 與 G .P.革 末 做 電 子 衍 射 實(shí) 驗(yàn) ， 驗(yàn) 證 電子 具 有 波 動(dòng) 性 。 戴 維 遜 和 革 末 的 實(shí) 驗(yàn) 是 用電 子 束 垂 直 投 射 到 鎳 單 晶 ， 電子 束 被 散 射 。 其 強(qiáng) 度 分 布 可 用德 布 羅 意 關(guān) 系 和 衍 射 理 論 給 以解 釋 ， 從 而 驗(yàn) 證 了 物 質(zhì) 波 的 存在 。 K GBD 探 測(cè) 器電 子 束 電 子 槍U鎳單晶 GNi單 晶U IDK 顯 然 將 電 子 看 成微 粒 無(wú) 法 解 釋 MI電 流 出 現(xiàn) 了 周 期 性 變 化 U 1927年 G .P.湯 姆 遜 (J.J.湯姆 遜 之 子 )也 獨(dú) 立 完 成 了 電 子衍 射 實(shí) 驗(yàn) 。 與 C.J.戴 維 森 共 獲 1937年 諾 貝 爾 物 理 學(xué) 獎(jiǎng) 。 CsUK G 屏 P多 晶 薄 膜高 壓柵 極陰 極 電 子 束 在 穿 過(guò) 細(xì) 晶 體 粉 末或 薄 金 屬 片 后 ， 也 象 X 射 線一 樣 產(chǎn) 生 衍 射 現(xiàn) 象 。 此 后 ， 人 們 相 繼 證 實(shí) 了 原子 、 分 子 、 中 子 等 都 具 有 波 動(dòng)性 。 1961年 瓊 森 （ Claus Jnsson） 將 一 束 電 子 加 速 到 50 kev，讓 其 通 過(guò) 一 縫 寬 為 a = 0.510-6 m， 間 隔 為 d = 2.010-6 m 的 雙縫 ， 當(dāng) 電 子 撞 擊 熒 光 屏 時(shí) ， 發(fā) 現(xiàn) 了 類 似 于 雙 縫 衍 射 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 。 電 子 顯 微 鏡 電 子 顯 微 鏡 下 的 灰 塵 1. 德 布 羅 意 的 物 質(zhì) 波 這 種 和 實(shí) 物 粒 子 相 聯(lián) 系 的 波 稱 為 德 布 羅 意 波 (物 質(zhì) 波 或概 率 波 )， 其 波 長(zhǎng) 稱 為 德 布 羅 意 波 長(zhǎng) 。2. 物 質(zhì) 波 的 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證電 子 衍 射 實(shí) 驗(yàn) 1電 子 衍 射 實(shí) 驗(yàn) 2電 子 雙 縫 實(shí) 驗(yàn) = h =hp課 堂 總 結(jié) 1. 求 靜 止 電 子 經(jīng) 15000 V 電 壓 加 速 后 的 德 布 羅意 波 長(zhǎng) 。解 ： 靜 止 電 子 經(jīng) 電 壓 U 加 速 后 的 動(dòng) 能212m eU p m 2p m eU 3431 1911 2 6.63 10 m2 9.1 10 1.6 10 150001 10 mh hp m eU 課 堂 測(cè) 試A+ 2. 質(zhì) 量 m = 50 kg 的 人 ， 以 v = 15 m/s 的 速 度 運(yùn) 動(dòng) ， 試求 人 此 時(shí) 的 德 布 羅 意 波 長(zhǎng) 。 378.8 10 mh hp m