4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 学习目标 1.通过任务1及其活动,知道物质波的概念及相关公式,了解德布罗意的猜想依据。(物理观念、科学思维) 2.通过任务2及其活动,知道物质波实验验证的思路,体会物质波观念被实验证实带来的重要意义。(科学探究) 3.通过任务3及其活动,知道量子力学的建立的过程,了解量子力学对物理学分支带来的重要影响。(科学思维、科学态度与责任) 【自主预习·悟新知】 思考并回答问题。 思考:怎样理解物质波 是不是所有运动的物体都有物质波 正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性。 ( ) (2)湖面上的水波就是物质波。 ( ) (3)电子束也可以像光波一样产生衍射与干涉现象。 ( ) 【合作探究·提素养】 任务1 粒子的波动性 前面说到光具有波粒二象性,受此启发,德布罗意在他的博士论文中提出了一个大胆的假设:如同光波具有粒子性一样,实物粒子也可能具有波动性,每一个运动的粒子都和一个波相对应,这种波后来称为德布罗意波,也叫作物质波。 1.物质波的频率怎么计算 2.光的波长跟什么有关 物质波的波长跟什么有关 粒子的波动性 (1)德布罗意波:任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,也叫① 。 (2)物质波的频率:ν=② ;物质波的波长:λ=③ 。 应用1 估算微观粒子动能的数量级 在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为 ( ) A.10-17 J B.10-19 J C.10-21 J D.10-24 J 应用2 动量、能量与物质波相结合问题 英国物理学家G.P.汤姆孙在实验中让静止的电子束通过电场加速后,通过多晶薄膜得到了如图所示的衍射图样,该实验说明了实物粒子也具有波动性,运动的实 物粒子对应的波称为物质波。已知电子的比荷为k,普朗克常量为h,若加速电压为U,被加速后电子的物质波波长为λ,则电子的质量为 ( ) A. B. C. D. 任务2 物质波的实验验证 之所以在日常生活中我们观察不到物体的波动性,是因为他们的质量太大,德布罗意波长比可观察的极限尺寸要小很多,他们可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之,对于基本粒子来说,它们的质量和尺寸局限于量子力学所描述的范围之内,而与我们所习惯的图景相差甚远。 1.为什么很难观察到实物粒子的波动性 2.科学家最终是怎样观察到电子的波动性的 物质波的实验验证 (1)实验探究思路 干涉、衍射是波动性质的特有表现,如果实物粒子具有波动性的话,在一定条件下,也会发生衍射现象。 (2)实验验证 1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了④ 的实验,得到了电子⑤ ,证实了电子的波动性。 应用 如何观察实物粒子的波动性 大量电子经过同一电场加速后通过两个相互平行的狭缝,在接收屏上得到的干涉条纹如图所示,要使条纹间距增加,下列方法可行的是 ( ) A.减小电场的电压 B.增大电场的电压 C.增大两狭缝中心间的距离 D.减小狭缝到接收屏的距离 任务3 量子力学的建立及其应用 在许多现代技术装备中,量子物理学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置,都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明,最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中,量子力学的概念也起了一个关键的作用。阅读课本中“量子力学的建立”和“量子力学的应用”的内容,回答下列问题。 1.为什么要建立量子力学 量子力学是怎么建立起来的 2.借助 ... ...
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