新教材同步系列2024春高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立課件新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．知道光的波粒二象性，理解實(shí)物粒子的波動(dòng)性(重點(diǎn))2．理解德布羅意波，會(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象(重難點(diǎn))3．了解量子力學(xué)的建立過(guò)程和應(yīng)用(重點(diǎn))

學(xué)法：①通過(guò)對(duì)實(shí)物粒子具有波動(dòng)性的學(xué)習(xí)，了解微觀(guān)世界的量子化特征，體會(huì)量子力學(xué)的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響；②了解波粒二象性的物理思想，量子力學(xué)的建立過(guò)程，體會(huì)人們對(duì)物質(zhì)本性認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展考法：①考查對(duì)德布羅意波的理解；②考查對(duì)物質(zhì)波波長(zhǎng)的計(jì)算；③考查量子力學(xué)的建立過(guò)程的物理史知識(shí)導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)粒子的波動(dòng)性1．德布羅意波：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__________相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波，也叫________．2．物質(zhì)波的波長(zhǎng)、頻率關(guān)系式：物質(zhì)波波長(zhǎng)、頻率的計(jì)算公式為λ＝______，ν＝_______．運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子物質(zhì)波一切宏觀(guān)物體都伴隨物質(zhì)波嗎？湖面上的水波是物質(zhì)波嗎？【答案】宏觀(guān)物體的波動(dòng)性不明顯．湖面上的水波是機(jī)械波．

(多選)以下說(shuō)法正確的是 (

)A．宏觀(guān)粒子也具有波動(dòng)性B．抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波C．物質(zhì)波也是一種概率波D．物質(zhì)波就是光波【答案】AC【解析】任何物體都具有波動(dòng)性，故A正確．對(duì)宏觀(guān)物體而言，其波動(dòng)性難以觀(guān)測(cè)，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)誤．物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵循波動(dòng)規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，故C正確，D錯(cuò)誤．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．2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了________衍射實(shí)驗(yàn)，得到了_______的衍射圖樣，證實(shí)了電子的________．干涉電子束電子波動(dòng)性3．說(shuō)明

(2)宏觀(guān)物體的質(zhì)量比微觀(guān)粒子的質(zhì)量大得多，運(yùn)動(dòng)時(shí)的_______很大，對(duì)應(yīng)的德布羅意波的波長(zhǎng)_______，根本無(wú)法觀(guān)察到它的波動(dòng)性．波動(dòng)性動(dòng)量很小科學(xué)家通過(guò)什么方法證明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性？【答案】電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)．

(2023年菏澤階段檢測(cè))科研人員利用冷凍電鏡斷層掃描技術(shù)首次拍攝到某種新型病毒的3D清晰影像，冷凍電鏡是利用高速電子具有波動(dòng)性原理，其分辨率比光學(xué)顯微鏡高1000倍以上．下列說(shuō)法正確的是

(

)A．電子的實(shí)物波是電磁波B．電子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)量成正比C．冷凍電鏡的分辨率與電子加速電壓有關(guān)，加速電壓越高，則分辨率越低D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子，理論上也能拍攝到這種病毒的3D清晰影像【答案】D量子力學(xué)的建立和量子力學(xué)的應(yīng)用1．量子力學(xué)的建立(1)19、20世紀(jì)之交，人們?cè)赺___________、______________、______________等許多類(lèi)問(wèn)題中，都發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象．(2)德國(guó)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(chēng)為_(kāi)___________．黑體輻射光電效應(yīng)氫原子光譜矩陣力學(xué)(3)1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了物質(zhì)波滿(mǎn)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(chēng)為_(kāi)___________．(4)1926年，薛定諤和美國(guó)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)上是等價(jià)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(guó)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(guān)世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來(lái)，它被稱(chēng)為量子力學(xué)．薛定諤方程波動(dòng)力學(xué)2．量子力學(xué)的應(yīng)用(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．(3)量子力學(xué)推動(dòng)了________、____________和________的發(fā)展．如激光、核磁共振、原子鐘，等等．(4)量子力學(xué)推動(dòng)了____________的發(fā)展．微觀(guān)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性核物理和粒子物理原子分子物理光學(xué)固體物理課堂?重難探究－對(duì)粒子的波動(dòng)性的理解1．對(duì)物質(zhì)波的理解(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性，我們之所以觀(guān)察不到宏觀(guān)物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^(guān)物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故．(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不要以宏觀(guān)觀(guān)點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波．(3)德布羅意假說(shuō)是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波．2．計(jì)算物質(zhì)波波長(zhǎng)的方法(1)根據(jù)已知條件，寫(xiě)出宏觀(guān)物體或微觀(guān)粒子動(dòng)量的表達(dá)式p＝mv．對(duì)物質(zhì)波的理解例1下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)，正確的解釋是 (

)A．任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C．電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀(guān)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀(guān)物體不具有波動(dòng)性【答案】C【解析】運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤；宏觀(guān)物體由于動(dòng)量太大，德布羅意波長(zhǎng)太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動(dòng)性，D錯(cuò)誤；X光是波長(zhǎng)極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在，B錯(cuò)誤．變式1下列說(shuō)法中正確的是

(

)A．物質(zhì)波屬于機(jī)械波B．物質(zhì)波與機(jī)械波沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別C．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀(guān)粒子才具有波動(dòng)性D．德布羅意認(rèn)為，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(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波【答案】D【解析】物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，A、B錯(cuò)誤；宏觀(guān)物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來(lái)，C錯(cuò)誤；德布羅意認(rèn)為，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(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確．對(duì)物質(zhì)波波長(zhǎng)的計(jì)算例2如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？(中子的質(zhì)量為1.67×10－27kg)解：中子的動(dòng)量為p1＝m1v，子彈的動(dòng)量為p2＝m2v，將m1＝1.67×10－27kg，v＝1×103m/s，h＝6.63×10－34J·s，m2＝1.0×10－2kg代入上面兩式可解得λ1＝4.0×10－10m，λ2＝6.63×10－35m．變式2

1924年德布羅意提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系．下列關(guān)于德布羅意波的波長(zhǎng)的說(shuō)法正確的是

(

)A．速度相同的電子與質(zhì)子，質(zhì)子的德布羅意波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)B．動(dòng)量相同的電子與質(zhì)子，電子的德布羅意波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)C．動(dòng)能相同的電子與質(zhì)子，電子的德布羅意波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)D．加速度相同的電子與質(zhì)子，質(zhì)子的德布羅意波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)【答案】C宏觀(guān)物體波動(dòng)性的三點(diǎn)提醒1．一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，宏觀(guān)物體觀(guān)察不到其波動(dòng)性，但并不能否定其波動(dòng)性．2．要注意大量光子、個(gè)別光子、宏觀(guān)物體、微觀(guān)粒子等相關(guān)概念的區(qū)別．3．在宏觀(guān)世界中，波與粒子是對(duì)立的概念；在微觀(guān)世界中，波動(dòng)性與粒子性可以共存．小練?隨堂鞏固1．(多選)下列關(guān)于實(shí)物粒子的說(shuō)法正確的是 (

)A．向前飛行的子彈不具有波動(dòng)性B．射擊運(yùn)動(dòng)員之所以很難射中靶子，是因?yàn)樽訌椌哂胁▌?dòng)性C．子彈既具有粒子性，又具有波動(dòng)性D．子彈具有波動(dòng)性，但波長(zhǎng)很短表現(xiàn)不出來(lái)【答案】CD【解析】運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波粒二象性，對(duì)子彈來(lái)說(shuō)，其德布羅意波長(zhǎng)很短，很難表現(xiàn)出波動(dòng)性，子彈的波動(dòng)性對(duì)射擊的準(zhǔn)確性沒(méi)有任何影響，故C、D正確，A、B錯(cuò)誤．2．如果一個(gè)電子和一個(gè)中子的德布羅意波長(zhǎng)相等，則下列與此相關(guān)的物理量也相等的是

(

)A．速度 B．動(dòng)能C．動(dòng)量 D．總能量【答案】C3．(2023年南京聯(lián)考)量子理論是現(xiàn)代物理學(xué)兩大支柱之一，量子理論的核心觀(guān)念是“不連續(xù)”．關(guān)于量子理論，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．普朗克為解釋黑體輻射，首先提出“能量子”的概念，他被稱(chēng)為“量子之父”B．愛(ài)因斯坦實(shí)際上是利用量子觀(guān)念和能量守恒解釋了光電效應(yīng)C．康普頓效應(yīng)證明光具有動(dòng)量，也說(shuō)明光是不連續(xù)的D．氫原子中，量子數(shù)N越大，核外電子的速率越大【答案】D4．(多選)對(duì)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)正確的是 (

)A．任何運(yùn)動(dòng)的物體(質(zhì)點(diǎn))都對(duì)應(yīng)一種波，這種波叫物質(zhì)波B．X射線(xiàn)的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)波假說(shuō)是正確的C．電子的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)波假說(shuō)是正確的D．宏觀(guān)物體盡管可以看成物質(zhì)波，但無(wú)法觀(guān)察到其干涉、衍射等現(xiàn)象【答案】ACD【解析】由德布羅意假說(shuō)可判斷A正確；X射線(xiàn)的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了X射線(xiàn)是波長(zhǎng)很短的電磁波，故B錯(cuò)誤；電子的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子具有波動(dòng)性，故C正確；宏觀(guān)物體對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波的波長(zhǎng)極短，實(shí)驗(yàn)室無(wú)法進(jìn)