第五節(jié)粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1新課講解3新課導(dǎo)入2經(jīng)典例題4課堂練習(xí)5本課小結(jié)6目錄麥克斯韋牛頓惠更斯托馬斯·楊菲涅耳海森伯普朗克康普頓德布羅意勞厄戴維孫G.P.湯姆孫玻恩新課導(dǎo)入

通過(guò)對(duì)雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問題的研究，人們終于認(rèn)識(shí)到光既有粒子性，又有波動(dòng)性。

我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到如電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子是具有粒子性的，那么，實(shí)物粒子是否也會(huì)同時(shí)具有波動(dòng)性呢?新課講解一、粒子的波動(dòng)性

如同光波具有粒子性一樣，實(shí)物粒也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)波相聯(lián)系。這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。德布羅意實(shí)物粒子既具有粒子性，也具有波動(dòng)性，二者通過(guò)h來(lái)聯(lián)系。1.實(shí)驗(yàn)思路光干涉和衍射現(xiàn)象波動(dòng)性物質(zhì)波驗(yàn)證方法：實(shí)驗(yàn)結(jié)論干涉衍射找到電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子干涉和衍射的圖樣2.實(shí)驗(yàn)材料

比如電子的質(zhì)量m=9.1×10-31kg，用200V的加速電壓給他加速能量就是200eV。此時(shí)它的波長(zhǎng)是多少呢？與X射線的波長(zhǎng)相當(dāng)

因此，如果電子具有波動(dòng)性，就可以用觀察X射線通過(guò)晶體是會(huì)發(fā)生衍射的裝置觀察到電子的衍射。食鹽晶體結(jié)構(gòu)0.1nm3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——衍射圖樣G.P湯姆孫戴維森

1927年戴維森和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。大量電子的一次行為3.

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——干涉圖樣

在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，人們還進(jìn)一步觀測(cè)到了電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。問題：為什么我們看不到實(shí)物粒子的波動(dòng)性呢？如質(zhì)量為0.01kg的子彈，速度是300m/s，那么計(jì)算出的波長(zhǎng)是？

比原子核的半徑還要小19個(gè)數(shù)量級(jí)。這根本測(cè)不出衍射，所以宏觀物體幾乎看不到波動(dòng)性只表現(xiàn)粒子性。原子核：r—10-15m

它可以用來(lái)提高顯微鏡的精度，知道光如果碰到和波長(zhǎng)差不多都物體就會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致被觀察物體的光點(diǎn)成像后，變成光斑看不清楚，所以顯微鏡的分辨本領(lǐng)受到所用光波的波長(zhǎng)限制，波長(zhǎng)越短，精度越高。4.

粒子波動(dòng)性的作用可見光波長(zhǎng)：400~700nm電子束：0.2nm制成電子顯微鏡二、量子力學(xué)的建立黑體輻射光電效應(yīng)氫原子光譜

經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象，這就表明，微觀世界的物理規(guī)律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。1.經(jīng)典物理學(xué)的疑難普朗克黑體輻射理論：ε=hν愛因斯坦光電效應(yīng)理論：EK=hv-w0康普頓散射理論：玻爾氫原子理論：hv=En-Em德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)：普朗克常量：h在它們的背后，應(yīng)該存在著統(tǒng)一描述微觀世界行為的普遍性規(guī)律。2.新理論的成功

普朗克黑體輻射理論、愛因斯坦光電效應(yīng)理論、康普頓散射理論、玻爾氫原子理論以及德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)等一系列理論在解釋實(shí)驗(yàn)方面都取得了成功.3．量子力學(xué)：描述微觀世界行為的理論.4.意義

量子力學(xué)的創(chuàng)立是物理學(xué)歷史上的一次重要革命.它和相對(duì)論共同構(gòu)成了20世紀(jì)以來(lái)物理學(xué)的基礎(chǔ).5．量子力學(xué)的應(yīng)用2)量子力學(xué)推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展.1)量子力學(xué)推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展.3)量子力學(xué)推動(dòng)了固體物理的發(fā)展.三、量子力學(xué)的應(yīng)用1.推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展核能釋放天文宇宙的研究光纖通信光纖通信技術(shù)（opticalfibercommunications）從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用.光纖通信作為一門新興技術(shù)，其近年來(lái)發(fā)展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來(lái)信息社會(huì)中各種信息的主要傳送工具.集成電路集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件.采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)；其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步.它在電路中用字母“IC”表示.集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比（基于鍺（Ge）的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基于硅（Si）的集成電路）.當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路.1931

電子顯微鏡1938

核磁共振1942

核反應(yīng)堆1948

晶體管1949

原子鐘1960激光1962

發(fā)光二極管20世紀(jì)90年代基于巨磁阻效應(yīng)的高性能信息存儲(chǔ)技術(shù)量子力學(xué)推動(dòng)的若干重要技術(shù)的誕生年份經(jīng)典例題例1．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說(shuō)法正確的是(

)A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光的波動(dòng)性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣說(shuō)明中子具有粒子性C．光的波粒二象性表明一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯D

例2．某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是200m/s.(1)分別計(jì)算電子和子彈的德布羅意波長(zhǎng)．(2)試根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析它們表現(xiàn)的波粒二象性．(電子的質(zhì)量為me＝9.1×10－31kg，普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s)

當(dāng)堂檢測(cè)1.(三種射線的特性)關(guān)于α、β、γ三種射線的性質(zhì)，下列說(shuō)法中正確的是A.α射線是帶正電的高速粒子流，它的電離作用最弱B.β射線是高速電子流，它的穿透能力最弱C.γ射線是電磁波，它在真空中的傳播速度等于光速D.以上說(shuō)法都不正確√解析

α射線是高速粒子流，帶正電，其電離作用最強(qiáng)，故A錯(cuò)誤；β射線是高速電子流，有很強(qiáng)的穿透能力，故B錯(cuò)誤；γ射線是一種電磁波，在真空中以光速傳播，故C正確，D錯(cuò)誤.2.(射線的本質(zhì))如圖4所示，在某次實(shí)驗(yàn)中把放射源放入鉛制成的容器，射線只能從容器的小孔射出.在小孔前Q處放置一張黑紙，在黑紙后P處放置照相機(jī)底片，QP之間為垂直紙(非黑紙)面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)，整個(gè)裝置放在暗室中.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在照相機(jī)底片的a、b兩處被感光(b點(diǎn)正對(duì)鉛盒的小孔)，則下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A.天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B.QP之間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里C.通過(guò)分析可知，打到a處的射線為β射線D.此放射性元素放出的射線中只有α射線和β射線√解析天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因黑紙只能擋住α射線，則打到a點(diǎn)的為β射線，打到b點(diǎn)的為γ射線，由左手定則可知，QP之間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向外，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；此放射性元素放出的射線中有α射線、β射線和γ射線，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.3.(原子核的組成)在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82，一個(gè)鉛原子質(zhì)量數(shù)為207，下列說(shuō)法正確的是A.核外有82個(gè)電子，核內(nèi)有207個(gè)質(zhì)子B.核外有82個(gè)電子，核內(nèi)有82個(gè)質(zhì)子C.核內(nèi)有82個(gè)質(zhì)子，207個(gè)中子D.核內(nèi)有125個(gè)核子√解析在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82，即一個(gè)鉛原子中有82個(gè)質(zhì)子，由于原子是電中性的，則核外電子有82個(gè)；根據(jù)質(zhì)量數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和可知，鉛原子核的中子數(shù)為207－82＝125，選項(xiàng)B正確.A.它們的質(zhì)子數(shù)相等B.它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同C.它們的核子數(shù)相等D.它們的中子數(shù)相等4.(原子核的組成及同位素)氫有三種同位素，分別是√解析任意