高中物理 17_3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5

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1、 3 粒 子 的 波 動 性 1. 知 道 實 物 粒 子 和 光 子 一 樣 都 具 有 波 粒 二 象 性 。2. 了 解 物 質 波 的 概 念3. 知 道 說 明 實 物 粒 子 具 有 波 動 性 的 實 驗 事 實 。4. 知 道 =hv和 揭 示 了 光 的 粒 子 性 和 波 動 性 之 間 的 聯(lián) 系 。5. 會 用 及 進 行 計 算 。hp hp hp 學 習 目 標 首 先 回 顧 前 面 對 光 的 學 習 ， 總 結 人 類 對 光 的 本 性 的 認 識 的 發(fā) 展 過 程 ，從 光 的 波 粒 二 象 性 引 出 其 他 物 質 （ 粒 子 ） 也 具 有 波

2、動 性 ， 提 出 德 布 羅 意 波及 德 布 羅 意 的 關 系 式 。 然 后 通 過 德 布 羅 意 的 關 系 式 算 出 一 些 常 見 宏 觀 物 體的 波 長 ， 得 出 宏 觀 物 體 不 易 看 到 波 動 性 的 現(xiàn) 象 。 最 后 通 過 介 紹 物 質 波 的 實驗 驗 證 ， 如 ： 電 子 衍 射 實 驗 、 電 子 雙 縫 實 驗 ， 讓 學 生 進 一 步 了 解 物 質 波 現(xiàn)象 。 教 學 中 較 多 的 采 用 點 撥 法 和 啟 發(fā) 式 教 學 。 把 學 習 的 主 動 權 還 給 學 生 ，在 介 紹 光 的 發(fā) 現(xiàn) 歷 程 的 過 程 中 ， 可

3、 以 讓 學 生 在 課 前 搜 索 一 些 發(fā) 現(xiàn) 光 的 性 質的 典 故 。 利 用 上 一 節(jié) 得 到 的 公 式 ， 讓 學 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 “ 子 彈 波 ” 和 “ 電 子 波 ” 進 行 討 論 。 最后 還 可 以 通 過 視 頻 ， 觀 察 電 子 束 的 衍 射 現(xiàn) 象 。 科 學 合 理 的 教 學 方 法 能 使 教學 效 果 事 半 功 倍 ， 達 到 教 與 學 的 和 諧 完 美 統(tǒng) 一 。設 計 思 路 光 的 本 性有記者曾問英國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格

4、教授：光是波還是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息?！比绻闶遣祭窠淌冢瑢⑷绾螜C智地回答？那么光的本性到底是什么？新 課 導 入 T /年 波動性 粒子性惠更斯波動說 牛頓微粒說 愛因斯坦光子說麥克斯韋電磁說科學視野 T /年 波動性 粒子性惠更斯波動說 牛頓微粒說 愛因斯坦光子說麥克斯韋電磁說托 馬斯 楊雙 縫干 涉實 驗 菲 涅耳 衍射 實驗 赫 茲電 磁波 實驗赫 茲發(fā) 現(xiàn)光 電效 應 密 立根 光電 效應 實驗 康 普頓 效應科學視野 T /年 波動性粒子性惠更斯波動說 牛頓微粒說 愛因斯坦光子說麥克斯韋電磁說科學視野

5、 光 既 具 有 粒 子 性 ， 又 具 有 波 動 性 ！光 的 干 涉 光 的 衍 射光 電 效 應 康 普 頓 效 應 h 光 子 的能 量 光 子 的動 量 p 與 是 描 述 粒 子 性 的 ， 、 v 是 描 述 波 動 性 的 ， h 則 是 連接 粒 子 性 和 波 動 性 的 橋 梁 。一、光的波粒二象性 =hp 新 課 講 授 他 認 為 ， “ 整 個 世 紀 以 來 ( 指 19世 紀 ) 在 光 學 中 比 起 波 動 的 研究 方 法 來 ， 如 果 說 是 過 于 忽 視 了 粒 子 的 研 究 方 法 的 話 ， 那 么 在 實物 的 理 論 中 ， 是 否 發(fā)

6、 生 了 相 反 的 錯 誤 呢 ？ 是 不 是 我 們 把 粒 子 的 圖象 想 得 太 多 ， 而 過 分 忽 略 了 波 的 圖 象 呢 ” 德 布 羅 (De Broglie)， 法 國 物 理 學家 ， 1929年 諾 貝 爾 物 理 學 獎 獲 得 者 ， 波動 力 學 的 創(chuàng) 始 人 ， 量 子 力 學 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 波 的 概 念 。二、粒子的波動性 （ 具 有 能 量 ） （ 具 有 頻 率 ）（ 具 有 動 量 ） h p （ 具 有 波 長 ） 能 量 為 、 動 量 為

7、 p 的 粒 子 與 頻 率 為 v、 波 長 為 的 波 相聯(lián) 系 ， 并 遵 從 以 下 關 系 ： = m c2 = hv hp m c 一 個 質 量 為 m 的 實 物 粒 子 以 速 率 運 動 時 ， 即 具 有 以 能量 和 動 量 p 所 描 述 的 粒 子 性 ， 同 時 也 具 有 以 頻 率 v 和 波 長 所 描 述 的 波 動 性 。 =v h =hp 后 來 ， 大 量 實 驗 都 證 實 了 ： 質 子 、 中 子 和 原 子 、 分 子 等實 物 微 觀 粒 子 都 具 有 波 動 性 ， 并 都 滿 足 德 布 羅 意 關 系 。德布羅意關系 實 物 粒 子

8、 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 的 特 性 。 這 種 和 實 物 粒 子 相 聯(lián) 系 的 波 稱 為 德 布 羅 意 波 ( 物 質 波 或概 率 波 )， 其 波 長 稱 為 德 布 羅 意 波 長 。 由 光 的 波 粒 二 象 性 的 思 想 推 廣 到 微 觀 粒 子 和 任 何 運 動 著的 物 體 上 去 ， 得 出 物 質 波 （ 德 布 羅 意 波 ） 的 概 念 ： 任 何 一 個運 動 著 的 物 體 都 有 一 種 波 與 它 相 對 應 ， 該 波 的 波 長 。 =hp 試

9、估 算 一 個 中 學 生 在 跑 百 米 時 的 德 布 羅 意 波 長 。解 ： 一 個 中 學 生 的 質 量 大 約 為 m 50 kg ， 百 米 跑 時的 速 度 約 為 7 m/s ， 由 光 子 的 動 量 表 達 式 有 ： 由 計 算 結 果 看 出 ， 宏 觀 物 體 的 物 質 波 波 長 非 常 小 ， 所 以很 難 表 現(xiàn) 出 其 波 動 性 。 34 366.63 10 m 1.9 10 m50 7hp ？想一想 1. 電 子 動 能 k = 100 eV； 子 彈 動 量 p = 6.63 106 kgms-1, 求 它 們 的 德 布 羅 意 波 長 。解 ：

10、 因 電 子 動 能 較 小 ， 速 度 較 小 ， 可 用 經(jīng) 典 物 理 學 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 創(chuàng) 性 ， 得 到 了 答 辯 委 員 會 的 高 度評 價 ， 但 是 人 們 總 覺 得 他 的 想 法 過 于 玄 妙 ， 無 法 接 受 。 于 是 ，有 人 質 問 ： 有 什 么 可 以 驗 證 這 一 新 的 觀 念

11、 ？ 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 證 自 己 的 觀 點 ？想一想 1927年 C.J.戴 維 森 與 G .P.革 末 做 電 子 衍 射 實 驗 ， 驗 證 電子 具 有 波 動 性 。 戴 維 遜 和 革 末 的 實 驗 是 用電 子 束 垂 直 投 射 到 鎳 單 晶 ， 電子 束 被 散 射 。 其 強 度 分 布 可 用德 布 羅 意 關 系 和 衍 射 理 論 給 以解 釋 ， 從 而 驗 證 了 物 質 波 的 存在 。 K GBD

12、探 測 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 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 立 完 成 了 電 子衍 射 實 驗 。 與 C.J.戴 維 森 共 獲 1937年 諾 貝 爾 物 理 學 獎 。 CsUK G 屏 P多 晶 薄 膜高 壓柵 極陰 極 電 子 束 在 穿 過 細 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 了 原子 、 分 子 、 中 子

13、 等 都 具 有 波 動性 。 1961年 瓊 森 （ Claus Jnsson） 將 一 束 電 子 加 速 到 50 kev，讓 其 通 過 一 縫 寬 為 a = 0.510-6 m， 間 隔 為 d = 2.010-6 m 的 雙縫 ， 當 電 子 撞 擊 熒 光 屏 時 ， 發(fā) 現(xiàn) 了 類 似 于 雙 縫 衍 射 實 驗 結 果 。 電 子 顯 微 鏡 電 子 顯 微 鏡 下 的 灰 塵 1. 德 布 羅 意 的 物 質 波 這 種 和 實 物 粒 子 相 聯(lián) 系 的 波 稱 為 德 布 羅 意 波 (物 質 波 或概 率 波 )， 其 波 長 稱 為 德 布 羅 意 波 長 。2.

14、 物 質 波 的 實 驗 驗 證電 子 衍 射 實 驗 1電 子 衍 射 實 驗 2電 子 雙 縫 實 驗 = h =hp課 堂 總 結 1. 求 靜 止 電 子 經(jīng) 15000 V 電 壓 加 速 后 的 德 布 羅意 波 長 。解 ： 靜 止 電 子 經(jīng) 電 壓 U 加 速 后 的 動 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 試A+ 2. 質 量 m = 50 kg 的 人 ， 以 v = 15 m/s 的 速 度 運 動 ， 試求 人 此 時 的 德 布 羅 意 波 長 。 378.8 10 mh hp m