1、粒子的波动性和量子力学的建立教学目标教学目标知道实物粒子具有波动性，领会对称性的研究方法，感悟科学家的探求精神通过对物质波的实验验证内容的学习，感受实验研究这一重要的研究方法通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的进步实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系实物粒子的波动性的解释教学重点教学重点教学难点教学难点光（波）具有粒子性，实物粒子具有波动性吗？整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢？德布罗意德布罗意自然界的
2、对称性实物粒子也应具有波动性粒子的波动性粒子的波动性光子的能量和动量一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性，它的波长、频率和E、p的关系与光子一样：德布罗意波长与粒子相联系的波称为物质波实物粒子既具有粒子性，也具有波动性二者通过h来联系德布罗意在时（物体的质量为静止质量）粒子的波动性粒子的波动性注意：对实物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在的关系由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？如果实物粒子具有波动性，就应该能够发生干涉或者衍射现象要观
3、察到明显衍射现象，则孔和缝的尺寸应与波长相当或者更小物质波的实验验证物质波的实验验证电子的德布罗意波长物质波的实验验证可获得电子在不同电压下的波长加速电势差为U，则与x射线的波长相当物质波的实验验证X射线照在晶体上可以产生衍射若电子具有波动性的理论成立，那么电子打在晶体上应也能观察到衍射现象。X射线衍射图样物质波的实验验证1927年，戴维孙和G.P.汤姆孙分别独立完成了电子衍射实验a.波长为0.71nm的X射线通过铝箔所得到的衍射环b.波长为0.05nm的电子束通过铝箔所得到的衍射环c.中子通过铝箔所得到的衍射环1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖1937年G.P.汤姆孙和C.J.戴维孙获得
4、诺贝尔物理学奖此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性G.P.汤姆孙戴维孙物质波的实验验证电子双缝实验1961年琼森（ClausJonsson）将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽为，间隔为的双缝,当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射实验结果.大量电子一次性的行为物质波的应用物质波的应用利用可见光工作的光学显微镜，由于衍射现象的限制，其分辨本领不能无限提高。而现代科技中常常用到的电子显微镜，其分辨本领可以达到0.2nm，能够看到蛋白质分子和金属的晶体结构。电子显微镜的原理便是，电子束也是一种波，当把它加速时，其德布罗意波长比可见光的波长短的多，衍射现象的影响非常小，从而可以
5、达到较高的分辨率。电子显微镜电子显微镜的成像原理是，让电子束打在荧光板上来观察显微图像。物质波的应用电子显微镜下的生命电子显微镜下的虫螨一个电子核一个质子具有同样的动能时，它们的德布罗意波长哪个大？电子的德布罗意波长大。问题与练习因为由，动能相同时，电子质量小，其动量就小；又由知，动量小，德布罗意波长大。因此当具有同样的动能时，电子比质子的德布罗意波长大射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？根据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波长来做定性说明。不会。因为宏观的子弹质量、速度大，动量大，德布罗意波长非常小问题与练习量子力学的建立黑体辐射中的“紫外灾难”光电效应的一些
6、现象无法用经典波动理论解释氢原子光谱的分立特征无法用经典理论解释能量子能量子=h量子力学的建立一系列理论都和普朗克常量紧密相关这些理论之间存在着紧密的内在联系存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律量子力学的建立1925年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力矩阵力学。学。1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程薛定谔方程。波动力学波动力学1926年，薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明量子力学的建立波动力学矩阵力学=数学上同一种理论的两种表达方式随后数年，在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论被逐步完善并最
7、终完整地建立起来，它被称为量子力学（量子力学（quantummechanics）。量子力学的建立索尔维会议索尔维比利时工业化学家。索尔维是一个很像诺贝尔的人，本身既是科学家又是家底雄厚的实业家，万贯家财都捐给科学事业。因为发明了制碱方法而变得非常富有。诺贝尔索尔维会议索尔维诺贝尔我提供了“索尔维会议”的经费我设立了“诺贝尔奖”从20世纪初开始，索尔维的科学基金会每隔几年轮流召开物理、化学领域的科学会议索尔维会议。普朗克（一排左二）、爱因斯坦（一排右五）、玻尔（二排右一）、海森堡（三排右三）、玻恩（二排右二）、薛定谔（三排右六）、狄拉克（二排右五）、德布罗意（二排左三）、康普顿（二排右四）192
8、7年第五届索尔维会议参加者合影索尔维会议推动核物理和粒子物理的发推动核物理和粒子物理的发展展使我们认识了微观层次的物质结构促进天文学和宇宙学的研究惊奇地发现，最微观层次和最宏观层次的规律，竟有着紧密的联系！量子力学促进粒子物理学的发展推动核物理和粒子物理的发推动核物理和粒子物理的发展展“这是人们第一次利用太阳以外的能量。”量子力学推动核物理发展让人们成功地认识并利用了原子核反应堆所释放的能量核能。发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术，如激光、核磁共振、原子钟等等。以激光为载体的光纤网络使我们实现了即时通信推动原子、分子物理和光学的发推动原子、分子物理和光学的发展展激光技术使我
9、们获得了纯净可控的光源核磁共振技术被用于医学诊断原子钟利用原子为电磁波校准频率，从而实现了对时间的高精度测量。在日常生活和国家安全中发挥巨大作用的卫星定位技术，其核心部件就是原子钟。推动原子、分子物理和光学的发推动原子、分子物理和光学的发展展发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术，如激光、核磁共振、原子钟等等。最早的原子钟之一北斗卫星定位导航系统了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分。“芯片”对电路进行操控速度和可靠性都远胜过去的电子管而体积则小得多。集成电路推动固体物理的发推动固体物理的发展展晶体管结合激光光刻技术推动固体物理的发推动固体物理的发展展集成电路体积小且功能强大的电子计算机智能手机量子力学的应用还有很多。毫不夸张地说，在过去的近一百年中，量子力学极大地推动了人类的进步。量子力学的应量子力学的应用用“一步一重天，百步上云端”，人类探索自然的步伐不会停息，量子力学必将在这个征途上继续发挥巨大的基础性作用。
