第5節(jié)　粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立 教學(xué)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(dòng)性和量子力學(xué)的建立01必備知識(shí)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(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象。2．了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)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(shí)點(diǎn)1粒子的波動(dòng)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(shí)物粒子也具有_________，每一個(gè)______的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。這種與實(shí)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(zhǎng)、頻率關(guān)系式ν＝___，λ＝___。波動(dòng)性運(yùn)動(dòng)物質(zhì)波知識(shí)點(diǎn)2物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．實(shí)驗(yàn)探究思路______、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，得到了______的衍射圖樣，如圖所示，證實(shí)了______的波動(dòng)性。電子電子波動(dòng)性動(dòng)量很小[判一判]1．(1)德布羅意認(rèn)為實(shí)數(shù)粒子也具有波動(dòng)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(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。(

)(5)向前飛行的子彈具有波動(dòng)性。(

)√××√√知識(shí)點(diǎn)3量子力學(xué)的建立19、20世紀(jì)之交，人們?cè)赺___________、____________、_____________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(duì)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(gè)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)家埃卡特很快又證明，波動(dòng)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(dòng)力學(xué)等價(jià)量子力學(xué)知識(shí)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)了______________________________。2．量子力學(xué)推動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(zhǎng)的計(jì)算)(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中錯(cuò)誤的是(

)A．任何運(yùn)動(dòng)的物體都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波B．X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D．與宏觀物體相聯(lián)系的物質(zhì)波不具有干涉、衍射等現(xiàn)象√√解析：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有與其本身相聯(lián)系的波，這就是物質(zhì)波，故A正確；X射線的本質(zhì)是電磁波，X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了X射線的波動(dòng)性，故B錯(cuò)誤；電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的，故C正確；物質(zhì)波具有干涉、衍射等現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤。2．(對(duì)粒子的波動(dòng)性的理解)關(guān)于粒子的波動(dòng)性，下列說法正確的是(

)A．實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，僅是一種理論假設(shè)，無法通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證B．實(shí)物粒子的動(dòng)能越大，其對(duì)應(yīng)的德布羅意波波長(zhǎng)越大C．只有帶電的實(shí)物粒子才具有波動(dòng)性，不帶電的粒子沒有波動(dòng)性D．實(shí)物粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的德布羅意波的波長(zhǎng)越短√解析：戴維森和G.P.湯姆孫利用晶體做了電子衍射實(shí)驗(yàn)，得到電子的衍射圖樣，證明了實(shí)物粒子的波動(dòng)性，故A錯(cuò)誤；3．(對(duì)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(diǎn)B．光不具有波動(dòng)性C．光具有波粒二象性D．實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性，所以實(shí)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(diǎn)；光具有波粒二象性；實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性,但是實(shí)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(zhǎng)的計(jì)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(chǎng)”也是物質(zhì)，像電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)這種看不見的，不是由實(shí)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(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小?！纠?】要觀察納米級(jí)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(zhǎng)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(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，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(zhǎng)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(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，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?yàn)殡娮游镔|(zhì)波的波長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大？(2)假設(shè)它以光速運(yùn)動(dòng)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大？(3)若要使它的德布羅意波波長(zhǎng)與波長(zhǎng)是400nm的紫光波長(zhǎng)相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？[針對(duì)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(gè)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(duì)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(zhǎng)越長(zhǎng)，分辨本領(lǐng)越高B．加速電壓越高，電子的波長(zhǎng)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(duì)光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動(dòng)性干涉和衍射(1)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動(dòng)規(guī)律來描述(2)足夠能量的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動(dòng)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(dòng)性不同于宏觀觀念的波實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)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(dòng)性，個(gè)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(dòng)性越顯著。【例3】

(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(dòng)性理論可以很好地解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律B．動(dòng)能相同的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)比電子短C．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光子說的正確性D．動(dòng)量為p的電子，其德布羅意波波長(zhǎng)為hp(h為普朗克常量)√√[解析]

黑體輻射實(shí)驗(yàn)是證明光的粒子性的基本實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樗荒苡霉獾牟▌?dòng)性解釋，在解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)了光的粒子性，A錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光子說的正確性，C正確；[針對(duì)訓(xùn)練4]

(多選)關(guān)于對(duì)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(dòng)性，個(gè)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(dòng)性越顯著C．光不可能同時(shí)既具有波動(dòng)性，又具有粒子性D．光具有波粒二象性是指：既可以把波看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子√