2022-2023學年新教材高中物理第四章原子結構和波粒二象性5粒子的波動性和量子力學的建立課件新人教版選擇性必修第三冊

第四章原子結構和波粒二象性5．粒子的波動性和量子力學的建立課前預習反饋課內互動探究課堂達標檢測目標體系構建核心素養(yǎng)提升目標體系構建【學習目標】1．知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。2．知道實物粒子的波動性假設和實驗驗證。3．了解量子力學的建立及其應用?！舅季S脈絡】課前預習反饋

1．德布羅意波1924年法國巴黎大學的德布羅意提出假設：實物粒子也具有__________，每一個________的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫__________。2．物質波的波長、頻率關系式ν＝______，λ＝______。波動性知識點1粒子的波動性運動物質波1．實驗探究思路________、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。干涉知識點2物質波的實驗驗證2．實驗驗證1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了________的衍射圖樣，如圖所示，證實了________的波動性。電子電子波動性動量很小1．普朗克____________理論、愛因斯坦____________理論、康普頓________理論、玻爾__________理論以及德布羅意__________假說等一系列理論在解釋實驗方面都取得了成功。2．在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國的狄拉克和奧地利的泡利為代表的眾多物理學家的共同努力下，描述微觀世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來，它被稱為____________。黑體輻射知識點3量子力學的建立光電效應散射氫原子物質波量子力學1．量子力學推動了核物理和________物理的發(fā)展。2．量子力學推動了原子、分子物理和________的發(fā)展。3．量子力學推動了________物理的發(fā)展。粒子知識點4量子力學的應用光學固體思考辨析『判一判』(1)一切宏觀物體都具有波動性，即物質波。 (

)(2)湖面上的水波就是物質波。 (

)(3)電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性。 (

)(4)量子力學推動了固體物理的發(fā)展。 (

)(5)一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質波。 (

)√

×

√

√

×

『選一選』(多選)(2021·黑龍江省哈爾濱六中高二下學期月考)波粒二象性是微觀世界的基本特征，下列說法正確的是 (

)A．光電效應和康普頓效應揭示了光的粒子性B．電子束的晶體衍射實驗表明實物粒子具有波動性C．動能相等的質子和電子的德布羅意波長相等D．低頻電磁波的粒子性顯著而高頻電磁波的波動性顯著AB

『想一想』德布羅意認為任何運動著的物體均有波動性，可是我們觀察運動著的汽車，并未感覺到它的波動性。你如何理解該問題，談談自己的認識。答案：波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動性，宏觀物體(汽車)也存在波動性，只是因為宏觀物體質量大，動量大，波長短，難以觀測，而微觀粒子如電子、質子、中子以及原子、分子的波動性為宏觀物體具有波動性奠定了事實基礎。課內互動探究探究對物質波的理解和波長的計算情景導入(1)1927年戴維森和G．P．湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射實驗得到如圖甲的衍射圖樣，試問該圖樣證明了什么？(2)1960年，約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片，試問這證明了什么？提示：(1)證明電子的波動性。(2)證明電子的波動性。要點提煉2．對德布羅意物質波的理解(1)任何一個運動的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都具有波動性。由于宏觀物體的波長太小，其波動性不易觀察到。(2)德布羅意假說是光的波粒二象性的推動，實物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波動性。與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的是物質波。質量為10g，速度為300m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波波長是多少？為什么我們無法觀察出其波動性？如果能夠用特殊的方法觀察子彈的波動性，我們是否能看到子彈上下或左右顫動著前進，在空間中描繪出正弦曲線或其他周期性曲線？為什么？典例1典例剖析解題指導：認為運動物體將做曲線運動是容易出現(xiàn)的錯誤，以宏觀觀念的波來理解德布羅意波是錯誤的根源，德布羅意波是一種概率波，在一般情況下不能用確定的坐標描述粒子的位置，無法用軌跡描述粒子的運動，但是粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不是粒子將做曲線運動，不能將物質波與宏觀意義上的機械波相混淆，物質波的實質是指粒子在空間的分布的概率是受波動規(guī)律支配的，它與機械波有著本質的區(qū)別，更不能將粒子的運動軌跡與波動性聯(lián)系在一起。1．下列說法中正確的是 (

)A．物質波屬于機械波B．只有像電子、質子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C．德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應，這種波叫物質波D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運動時不具有波動性對點訓練C

解析：物質波是一切運動著的物體所具有的波，與機械波性質不同，宏觀物體也具有波動性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已，故只有C對。探究量子力學的建立和應用情景導入人們在黑體輻射、光電效應、氫原子光譜等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經典物理學無法解釋的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象不是孤立的，而是在各類系統(tǒng)中普遍存在的，且都和原子、分子等微觀粒子的行為緊密相關，在這些問題中經典物理學往往連實驗結果的定性行為都無法解釋。表明了什么？提示：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．量子力學：研究微觀粒子運動的基本理論，它和相對論構成近代物理學的兩大支柱。要點提煉3．代表人物泡利——提出不相容原理(1924年)德布羅意——提出物質波(1923年)31歲海森堡——提出矩陣力學(1925年)24歲薛定諤——提出波動方程(1926年)39歲狄拉克——非相對論量子力學(1926年)24歲玻恩——對波函數(shù)的物理詮釋玻爾——互補原理和對量子力學詮釋(1927年)4．量子力學的發(fā)展和應用(1)對量子力學、狹義相對論和核物理的深入研究，為人類找到了一種新能源——核能。(2)當量子力學被應用到固體等復雜材料時，它解釋了材料為何有導體、絕緣體和半導體之分，并提出了半導體二極管、三極管等概念，后來發(fā)展為集成電路，成為現(xiàn)代電子計算機的技術基礎。

(多選)關于量子力學說法正確的是

(

)A．海森堡和玻恩等人對玻爾的氫原子理論進行了推廣和改造B．波動力學和矩陣力學在數(shù)學上是不等價的C．量子力學就是“早期量子論”D．量子力學能夠解決微觀世界的物理問題解析：A正確，B在數(shù)學上等價的，C選項量子力學是在早期量子論基礎上建立的但不等價，D正確。典例2典例剖析AD

2．(多選)關于量子力學的應用下列說法正確的是 (

)A．量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展B．量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展C．量子力學推動了固體物理的發(fā)展D．愛因斯坦最先將“能量子”的概念引入物理學，為量子力學的建立開了先河對點訓練ABC

解析：借助量子力學，人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質結構，還讓人們成功地認識并利用了原子核反應堆所釋放的能量——核能，故A正確；借助量子力學，人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，故B正確；借助量子力學，人們了解了固體中電子運行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導體、絕緣體和半導體之分，故C正確；普朗克最先將“能量子”的概念引入物理學，為量子力學的建立開了先河，故D錯誤。核心素養(yǎng)提升易錯點：不能正確認識運動物體的波動性

一位戰(zhàn)士在實戰(zhàn)訓練時子彈脫靶，在分析脫靶的原因時，突然想起德布羅意波長公式后，確認未擊中的原因可能與子彈的波動性有關，這是失誤的理由嗎？易錯分析：只知實物粒子具有波動性，不會具體問題具體分析。對于宏觀物體子彈來說，物質波波長僅為10－34m左右，因為波長越長衍射現(xiàn)象越顯著，動量大的子彈的波動性忽略不計仍沿確定的軌道運動，所以未沿擊中靶的拋物線運動，原因是未瞄準。案例正確答案：不是課堂達標檢測1．(2021·吉林長春市實驗中學高二期中)關于物質的波粒二象性，下列說法中不正確的是 (

)A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物粒子的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性D

解析：德布羅意在愛因斯坦的光子說的基礎上提出了物質波的概念，一切運動的物體都具有波粒二象性，故A正確，D錯誤；運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，它們都是一種概率波，都沒有特定的運動軌道，B正確；波動性和粒子性在宏觀現(xiàn)象波動性與粒子性無法同時觀測到，故是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的，故C正確。2．(2020·吉林延邊二中高二上期中)下列人物曾經對量子力學的建立作出貢獻的是 (

)①牛頓②普朗克③愛因斯坦④玻爾A．①②③ B．①②④

C．①③④

D．②③④解析：根據(jù)所學知識可知，普朗克提出了量子假說，愛因斯坦用量子假說解釋了光電效應，玻爾提出了原子的量子結構，所以②③④均正確，故D正確。牛頓的貢獻是經典力學，與量子論無關，所以①不正確，故排除A、B、C。D

3．(多選)(2021·河南高二期中)影響顯微鏡分辨本領的一個因素是