高中 物理 必修第三冊 第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性《第5節(jié) 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立》課件

物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第5節(jié)粒子的波動性和量子力學(xué)的建立01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．理解德布羅意波，會解釋相關(guān)現(xiàn)象。2．了解電子衍射實驗，了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實驗的方法。3．了解量子力學(xué)的建立過程，了解量子力學(xué)的應(yīng)用。知識點1粒子的波動性1．德布羅意波1924年，法國物理學(xué)家德布羅意提出假設(shè)：實物粒子也具有_________，每一個______的粒子都與一個對應(yīng)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(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式ν＝___，λ＝___。波動性運動物質(zhì)波知識點2物質(zhì)波的實驗驗證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(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。干涉2．實驗驗證1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別利用單晶和多晶晶體，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[判一判]1．(1)德布羅意認(rèn)為實數(shù)粒子也具有波動性。(

)(2)一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波。(

)(3)湖面上的水波就是物質(zhì)波。(

)(4)電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性。(

)(5)向前飛行的子彈具有波動性。(

)√××√√知識點3量子力學(xué)的建立19、20世紀(jì)之交，人們在____________、____________、_____________等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的現(xiàn)象。德國物理學(xué)家海森堡和玻恩等人對玻爾的氫原子理論進(jìn)行了推廣和改造,使之可以適用于更普遍的情況。他們建立的理論被稱為____________。黑體輻射光電效應(yīng)氫原子光譜矩陣力學(xué)1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了物質(zhì)波滿足的方程——_______________，使玻爾理論的局限得以消除。由于這個理論的關(guān)鍵是物質(zhì)波，因此被稱為____________。1926年，薛定諤和美國物理學(xué)家?？ㄌ睾芸煊肿C明，波動力學(xué)和矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是______的，它們是同一種理論的兩種表達(dá)方式。隨后數(shù)年，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(xué)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____________。薛定諤方程波動力學(xué)等價量子力學(xué)知識點4量子力學(xué)的應(yīng)用量子力學(xué)被應(yīng)用到眾多具體物理系統(tǒng)中，得到了與實驗符合得很好的結(jié)果，獲得了極大的成功。1．借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識了______________________________。2．量子力學(xué)推動了________________________的發(fā)展。微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性核物理和粒子物理3．量子力學(xué)推動了______、____________和______的發(fā)展。激光、核磁共振、原子鐘，等等。4．量子力學(xué)推動了____________的發(fā)展。原子分子物理光學(xué)固體物理[判一判]2．(1)借助量子力學(xué),人們深入認(rèn)識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。(

)(2)量子力學(xué)是在早期量子論的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的。(

)√√1．(物質(zhì)波的理解和波長的計算)以下關(guān)于物質(zhì)波的說法正確的是(

)A．實物粒子與光子都具有波粒二象性，故實物粒子與光子是本質(zhì)相同的物體B．一切運動著的物體都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系C．機械波、物質(zhì)波都不是概率波D．實物粒子的動量越大，其波長越長√2．(對粒子的波動性的理解)關(guān)于粒子的波動性，下列說法正確的是(

)A．實物粒子具有波動性，僅是一種理論假設(shè)，無法通過實驗驗證B．實物粒子的動能越大，其對應(yīng)的德布羅意波波長越大C．只有帶電的實物粒子才具有波動性，不帶電的粒子沒有波動性D．實物粒子的動量越大，其對應(yīng)的德布羅意波的波長越短√解析：戴維森和G.P.湯姆孫利用晶體做了電子衍射實驗，得到電子的衍射圖樣，證明了實物粒子的波動性，故A錯誤；3．(對光的波粒二象性的理解)下列說法正確的是(

)A．光子就是質(zhì)點B．光不具有波動性C．光具有波粒二象性D．實物粒子和光子一樣都具有波粒二象性，所以實物粒子與光子是相同本質(zhì)的物質(zhì)√解析：光子的本質(zhì)是電磁波，不是質(zhì)點；光具有波粒二象性；實物粒子和光子一樣都具有波粒二象性,但是實物粒子與光子是不同本質(zhì)的物質(zhì)。探究一物質(zhì)波的理解和波長的計算1．物質(zhì)的分類(1)由分子、原子、電子、質(zhì)子及由這些粒子組成的物質(zhì)；(2)“場”也是物質(zhì)，像電場、磁場、電磁場這種看不見的，不是由實物粒子組成的，而是一種客觀存在的特殊物質(zhì)。2．物質(zhì)波的普遍性：任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小?！纠?】要觀察納米級以下的微小結(jié)構(gòu)，需要利用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡。有關(guān)電子顯微鏡的下列說法正確的是(

)A．它是利用了電子物質(zhì)波的波長比可見光短，因此不容易發(fā)生明顯衍射B．它是利用了電子物質(zhì)波的波長比可見光長，因此不容易發(fā)生明顯衍射C．它是利用了電子物質(zhì)波的波長比可見光短，因此更容易發(fā)生明顯衍射D．它是利用了電子物質(zhì)波的波長比可見光長，因此更容易發(fā)生明顯衍射√[解析]

電子顯微鏡的分辨率比光學(xué)顯微鏡更高，是因為電子物質(zhì)波的波長比可見光短，和可見光相比，電子物質(zhì)波不容易發(fā)生明顯衍射，所以分辨率更高，A正確?！纠?】一顆質(zhì)量為5.0kg的炮彈(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c＝3×108m/s)。(1)以200m/s的速度運動時，它的德布羅意波長多大？(2)假設(shè)它以光速運動，它的德布羅意波長多大？(3)若要使它的德布羅意波波長與波長是400nm的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運動？[針對訓(xùn)練1]以下關(guān)于物質(zhì)波的說法正確的是(

)A．實物粒子具有粒子性，在任何條件下都不可能表現(xiàn)出波動性B．宏觀物體不存在對應(yīng)的波C．電子在任何條件下都能表現(xiàn)出波動性D．微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性√[針對訓(xùn)練2]

(2021·江蘇蘇州市高二期中)影響顯微鏡分辨本領(lǐng)的一個因素是波的衍射，衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。利用電子束工作的電子顯微鏡有較高的分辨本領(lǐng)，它用高壓對電子束加速，最后打在感光膠片上來觀察顯微圖像。以下說法正確的是(

)A．加速電壓越高，電子的波長越長，分辨本領(lǐng)越高B．加速電壓越高，電子的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯C．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子束工作的顯微鏡比用電子束工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)高D．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子束工作的顯微鏡和用電子束工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)相同√探究二對光的波粒二象性的理解實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述(2)足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的粒子性光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性(1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子聯(lián)系大量光子表現(xiàn)出波動性，個別光子表現(xiàn)出粒子性，頻率越高粒子性越顯著，頻率越低波動性越顯著?！纠?】

(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是(

)A．光的波動性理論可以很好地解釋黑體輻射的實驗規(guī)律B．動能相同的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波長比電子短C．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實了光子說的正確性D．動量為p的電子，其德布羅意波波長為hp(h為普朗克常量)√√[解析]

黑體輻射實驗是證明光的粒子性的基本實驗，因為它不能用光的波動性解釋，在解釋這個實驗的過程中發(fā)現(xiàn)了光的粒子性，A錯誤；康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實了光子說的正確性，C正確；[針對訓(xùn)練4]

(多選)關(guān)于對光的波粒二象性的理解，正確的是(

)A．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著C．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性D．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子√√