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1、 3 3 粒子的波動性粒子的波動性1. 知道實物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。知道實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. 知道說明實物粒子具有波動性的實驗事實。知道說明實物粒子具有波動性的實驗事實。4. 知道知道=hv和和 揭示了光的粒子性和波動性之間的聯(lián)系。揭示了光的粒子性和波動性之間的聯(lián)系。5. 會用會用 及及 進行計算。進行計算。hphphp學 習 目 標 首先回顧前面對光的學習，總結(jié)人類對光的本性的認識的發(fā)展過程，首先回顧前面對光的學習，總結(jié)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(zhì)（粒子）也具有波動性，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(zhì)波的實的波長，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(zhì)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(zhì)波現(xiàn)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(zhì)波現(xiàn)象。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，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(zhì)在介紹光的發(fā)現(xiàn)歷程的過程中，可以讓學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，可以通過布羅意波的正確性方面，可以通過“子彈波子彈波”和和“電子波電子波”進行討論。最進行討論。最后還可以通過視頻，觀察電子束的衍射現(xiàn)象。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。學效果事半功倍，達到教與學的和諧完美統(tǒng)一。設 計 思 路光的本性光的本性有記者曾問英
4、國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格教授：有記者曾問英國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格教授：光是波還是粒子？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、五它是一個波，星星期一、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。期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息。”如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？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 入T /年年波動性波動性粒子性粒子性惠更斯波動惠更斯波動說說牛頓微粒說牛頓微粒說愛因斯坦光愛因斯坦光子說子說麥克斯韋電麥克斯韋電磁說磁說科學視野科學視野T
5、/年年波動性波動性粒子性粒子性惠更斯波動惠更斯波動說說牛頓微粒說牛頓微粒說愛因斯坦光愛因斯坦光子說子說麥克斯韋電麥克斯韋電磁說磁說托馬托馬斯斯楊楊雙雙縫縫干涉干涉實驗實驗菲涅菲涅耳衍耳衍射實射實驗驗赫茲赫茲電磁電磁波實波實驗驗赫茲赫茲發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)光電光電效應效應密立密立根光根光電效電效應實應實驗驗康普康普頓效頓效應應科學視野科學視野T /年年波動性波動性粒子性粒子性惠更斯波動惠更斯波動說說牛頓微粒說牛頓微粒說愛因斯坦光愛因斯坦光子說子說麥克斯韋電麥克斯韋電磁說磁說科學視野科學視野光既具有粒子性，又具有波動性！光既具有粒子性，又具有波動性！光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光電效應光電效應康普頓效應康
6、普頓效應h 光子的光子的能量能量光子的光子的動量動量 p 與與 是描述粒子性的，是描述粒子性的，、v 是描述波動性的，是描述波動性的，h 則是連則是連接粒子性和波動性的橋梁。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，他認為，“整個世紀以來整個世紀以來( 指指19世紀世紀 ) 在光學中比起波動的研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)生了相反的錯誤呢？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
7、圖象呢象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢” 德布羅德布羅(De Broglie)，法國物理學，法國物理學家，家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波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動力學的創(chuàng)始人，量子力學的奠基人之一。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、粒子的波動性（具有能量）（具有能量）（具有頻率）（具有頻率）（具有動量）（具有動量）hp（具有波長）（具有波長） 能量為能量為 、動量為、動量為 p 的粒子與頻率為的粒子與頻率為 v、波長為、波長為 的波相的波相聯(lián)系，并遵從以下關系：聯(lián)系，并
8、遵從以下關系： = mc2 = hv hpmc 一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為 m 的實物粒子以速率的實物粒子以速率 運動時，即具有以能運動時，即具有以能量量 和動量和動量 p 所描述的粒子性，同時也具有以頻率所描述的粒子性，同時也具有以頻率v 和波長和波長 所描述的波動性所描述的波動性。=vh =hp 后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等后來，大量實驗都證實了：質(zhì)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。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 實物粒子的波粒二象性的意思是：實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)出波動的特性子的特性，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這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波 ( 物質(zhì)波或物質(zhì)波或概率波概率波 )，其波長，其波長 稱為德布羅意波長。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(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，該波的波長運動著的物體都有一種波與它相對應，該波的波長 。 =hp 試估算一個中學生在跑百米時的德布羅意波長。試估算一個中學生在跑百米時的
10、德布羅意波長。解：一個中學生的質(zhì)量大約為解：一個中學生的質(zhì)量大約為 m 50 kg ，百米跑時，百米跑時的速度約為的速度約為 7 m/s ，由光子的動量表達式有：，由光子的動量表達式有： 由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。很難表現(xiàn)出其波動性。34366.63 10m1.9 10m50 7hp ？想 一 想想 一 想1. 電電子動能子動能 k = 100 eV；子彈動量子彈動量 p = 6.63106 kgms-1, 求它們的德布羅意波長。求它們的德布羅意波長。解：因解：因電電子動能較小，速度較小，可用經(jīng)典物理學求
11、解。子動能較小，速度較小，可用經(jīng)典物理學求解。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創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度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，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(zhì)問：有什么可以驗證這一新的觀念？有人質(zhì)問：有什么可以驗證這一新的觀念？ 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，將如何驗證自己的觀點？如果你是德布羅意，將如何驗證自己的觀點？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驗，驗證電電子衍射實驗，驗證電子具有波動性。子具有波動性。 戴維遜和革末的實驗是用戴維遜和革末的實驗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。其強度分布可用子束被散射。其強度分布可用德布羅意關系和衍射理論給以德布羅意關系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質(zhì)波的存解釋，從而驗證了物質(zhì)波的存在。在。K KG GB BD
13、D探測器探測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法解釋微粒無法解釋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)也獨立完成了電子也獨立完成了電子衍射實驗。與衍射實驗。與 C.J.戴維森共獲戴維森共獲 1937年諾貝爾物理學獎。年諾貝爾物理學獎。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 電子束在穿過細晶體粉末電子束在穿過細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、人們相繼證實了原此后，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動子、分子、中子等都具有波動性。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，讓其通過一縫寬為讓其通過一縫寬為 a = 0.5 10-6 m，間隔為，間隔為 d = 2.0 10-6 m 的雙的雙縫，當電子撞擊熒光屏時，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實驗結(jié)果?？p，當電子撞擊熒光屏時，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實驗結(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 這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(
15、物質(zhì)波或物質(zhì)波或概率波概率波)，其波長，其波長 稱為德布羅意波長。稱為德布羅意波長。2. 物質(zhì)波的實驗驗證物質(zhì)波的實驗驗證電子衍射實驗電子衍射實驗 1電子衍射實驗電子衍射實驗 2電子雙縫實驗電子雙縫實驗=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。波長。解：靜止電子經(jīng)電壓解：靜止電子經(jīng)電壓 U U 加速后的動能加速后的動能212meU pm 2pmeU 3431191126.63 10m2 9.1 101.6 10150001 10mhhpmeU 課 堂 測 試A+A+2. 質(zhì)量質(zhì)量 m = 50 kg 的人，以的人，以 v = 15 m/s 的速度運動，試的速度運動，試求人此時的德布羅意波長。求人此時的德布羅意波長。378.810mhhpm
高中物理 173 粒子的波動性課件 新人教版選修35
