高中物理 173 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修35

《高中物理 173 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修35》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 173 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修35（24頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 3 3 粒子的波動(dòng)性粒子的波動(dòng)性1. 知道實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。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)。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. 知道知道=hv和和 揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的聯(lián)系。揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的聯(lián)系。5. 會(huì)用會(huì)用 及及 進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。hphphp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(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程，首先回顧前面對(duì)光的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類(lèi)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，提出德布羅意波從光的波

2、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)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)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。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，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

3、以讓學(xué)生在課前搜索一些發(fā)現(xiàn)光的性質(zhì)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。并且在討論德德布羅意波的正確性方面，可以通過(guò)布羅意波的正確性方面，可以通過(guò)“子彈波子彈波”和和“電子波電子波”進(jìn)行討論。最進(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。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。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 路光的本性光的本性有記者曾問(wèn)英

4、國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭窠淌冢河杏浾咴鴨?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？光是波還是粒子？布拉格幽默地回答道：布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個(gè)波，星星期一、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。期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息?！比绻闶遣祭窠淌?，將如何機(jī)智地回答？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？那么光的本性到底是什么？新 課 導(dǎo) 入T /年年波動(dòng)性波動(dòng)性粒子性粒子性惠更斯波動(dòng)惠更斯波動(dòng)說(shuō)說(shuō)牛頓微粒說(shuō)牛頓微粒說(shuō)愛(ài)因斯坦光愛(ài)因斯坦光子說(shuō)子說(shuō)麥克斯韋電麥克斯韋電磁說(shuō)磁說(shuō)科學(xué)視野科學(xué)視野T

5、/年年波動(dòng)性波動(dòng)性粒子性粒子性惠更斯波動(dòng)惠更斯波動(dòng)說(shuō)說(shuō)牛頓微粒說(shuō)牛頓微粒說(shuō)愛(ài)因斯坦光愛(ài)因斯坦光子說(shuō)子說(shuō)麥克斯韋電麥克斯韋電磁說(shuō)磁說(shuō)托馬托馬斯斯楊楊雙雙縫縫干涉干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)菲涅菲涅耳衍耳衍射實(shí)射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)赫茲赫茲電磁電磁波實(shí)波實(shí)驗(yàn)驗(yàn)赫茲赫茲發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)光電光電效應(yīng)效應(yīng)密立密立根光根光電效電效應(yīng)實(shí)應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)康普康普頓效頓效應(yīng)應(yīng)科學(xué)視野科學(xué)視野T /年年波動(dòng)性波動(dòng)性粒子性粒子性惠更斯波動(dòng)惠更斯波動(dòng)說(shuō)說(shuō)牛頓微粒說(shuō)牛頓微粒說(shuō)愛(ài)因斯坦光愛(ài)因斯坦光子說(shuō)子說(shuō)麥克斯韋電麥克斯韋電磁說(shuō)磁說(shuō)科學(xué)視野科學(xué)視野光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性！光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性！光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光電效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)康

6、普頓效應(yīng)h 光子的光子的能量能量光子的光子的動(dòng)量動(dòng)量 p 與與 是描述粒子性的，是描述粒子性的，、v 是描述波動(dòng)性的，是描述波動(dòng)性的，h 則是連則是連接粒子性和波動(dòng)性的橋梁。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，他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)整個(gè)世紀(jì)以來(lái)( 指指19世紀(jì)世紀(jì) ) 在光學(xué)中比起波動(dòng)的研在光學(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)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

7、圖象呢象想得太多，而過(guò)分忽略了波的圖象呢” 德布羅德布羅(De Broglie)，法國(guó)物理學(xué)，法國(guó)物理學(xué)家，家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。一。1923年發(fā)表了題為年發(fā)表了題為“波和粒子波和粒子”的的論文，提出了物質(zhì)波的概念論文，提出了物質(zhì)波的概念。二、粒子的波動(dòng)性（具有能量）（具有能量）（具有頻率）（具有頻率）（具有動(dòng)量）（具有動(dòng)量）hp（具有波長(zhǎng)）（具有波長(zhǎng)） 能量為能量為 、動(dòng)量為、動(dòng)量為 p 的粒子與頻率為的粒子與頻率為 v、波長(zhǎng)為、波長(zhǎng)為 的波相的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：聯(lián)系，并

8、遵從以下關(guān)系： = mc2 = hv hpmc 一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為 m 的實(shí)物粒子以速率的實(shí)物粒子以速率 運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量量 和動(dòng)量和動(dòng)量 p 所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率v 和波長(zhǎng)和波長(zhǎng) 所描述的波動(dòng)性所描述的波動(dòng)性。=vh =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。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：實(shí)物粒子的波粒二象性的意思是：微觀粒子既表現(xiàn)出粒微觀粒子既表現(xiàn)出粒子

9、的特性，又表現(xiàn)出波動(dòng)的特性子的特性，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(chēng)為德布羅意波這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波 ( 物質(zhì)波或物質(zhì)波或概率波概率波 )，其波長(zhǎng)，其波長(zhǎng) 稱(chēng)為德布羅意波長(zhǎng)。稱(chēng)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：的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)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)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)。試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的

10、德布羅意波長(zhǎng)。解：一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量大約為解：一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量大約為 m 50 kg ，百米跑時(shí)，百米跑時(shí)的速度約為的速度約為 7 m/s ，由光子的動(dòng)量表達(dá)式有：，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。很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。34366.63 10m1.9 10m50 7hp ？想 一 想想 一 想1. 電電子動(dòng)能子動(dòng)能 k = 100 eV；子彈動(dòng)量子彈動(dòng)量 p = 6.63106 kgms-1, 求它們的德布羅意波長(zhǎng)。求它們的德布羅意波長(zhǎng)。解：因解：因電電子動(dòng)能較小，速度較小，可用經(jīng)典物理學(xué)求

11、解。子動(dòng)能較小，速度較小，可用經(jīng)典物理學(xué)求解。22k122pmm 24k25.4 10kg m/spm 3410246.63 10m=1.23 10m5.410hp 電電子子344066.63 10m=1.0 10m6.63 10hp 子子彈彈典 例 探 究典 例 探 究 由于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，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？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

12、晶體上也能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。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)？如果你是德布羅意，將如何驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)？想 一 想想 一 想 1927年年 C.J.戴維森與戴維森與 G.P.革末革末做做電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動(dòng)性。子具有波動(dòng)性。 戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用戴維遜和革末的實(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)系和衍射理論給以德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋?zhuān)瑥亩?yàn)證了物質(zhì)波的存解釋?zhuān)瑥亩?yàn)證了物質(zhì)波的存在。在。K KG GB BD

13、D探測(cè)器探測(cè)器電子束電子束電子槍電子槍U U鎳鎳單單晶晶GNi單晶單晶UIDK顯然將電子看成顯然將電子看成微粒無(wú)法解釋微粒無(wú)法解釋MI電流出現(xiàn)了周期性變化電流出現(xiàn)了周期性變化U 1927年年 G.P.湯姆遜湯姆遜 (J.J.湯湯姆遜之子姆遜之子)也獨(dú)立完成了電子也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與衍射實(shí)驗(yàn)。與 C.J.戴維森共獲戴維森共獲 1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。C Cs sU UK KG G屏屏 P多晶薄膜多晶薄膜高壓高壓柵極柵極陰極陰極 電子束在穿過(guò)細(xì)晶體粉末電子束在穿過(guò)細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象或薄金屬片后，也象 X X 射線射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。 此后，

14、人們相繼證實(shí)了原此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動(dòng)子、分子、中子等都具有波動(dòng)性。性。 1961年瓊森（年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到）將一束電子加速到 50 kev，讓其通過(guò)一縫寬為讓其通過(guò)一縫寬為 a = 0.5 10-6 m，間隔為，間隔為 d = 2.0 10-6 m 的雙的雙縫，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？p，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電子顯微鏡電子顯微鏡電子顯微鏡下的灰塵電子顯微鏡下的灰塵1. 德布羅意的物質(zhì)波德布羅意的物質(zhì)波 這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波(

15、物質(zhì)波或物質(zhì)波或概率波概率波)，其波長(zhǎng)，其波長(zhǎng) 稱(chēng)為德布羅意波長(zhǎng)。稱(chēng)為德布羅意波長(zhǎng)。2. 物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn) 1電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn) 2電子雙縫實(shí)驗(yàn)電子雙縫實(shí)驗(yàn)=h =hp 課 堂 總 結(jié)1. 1. 求靜止電子經(jīng)求靜止電子經(jīng) 15000 V 15000 V 電壓加速后的電壓加速后的德布羅德布羅意意波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。解：靜止電子經(jīng)電壓解：靜止電子經(jīng)電壓 U U 加速后的動(dòng)能加速后的動(dòng)能212meU pm 2pmeU 3431191126.63 10m2 9.1 101.6 10150001 10mhhpmeU 課 堂 測(cè) 試A+A+2. 質(zhì)量質(zhì)量 m = 50 kg 的人，以的人，以 v = 15 m/s 的速度運(yùn)動(dòng)，試的速度運(yùn)動(dòng)，試求人此時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)。求人此時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)。378.810mhhpm