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粒子的波動性和量子力學(xué)的建立課件新人教版選擇性必修第三冊

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

學(xué)法：①通過對實物粒子具有波動性的學(xué)習(xí)，了解微觀世界的量子化特征，體會量子力學(xué)的建立對人們認識物質(zhì)世界的影響；②了解波粒二象性的物理思想，量子力學(xué)的建立過程，體會人們對物質(zhì)本性認識的不斷發(fā)展考法：①考查對德布羅意波的理解；②考查對物質(zhì)波波長的計算；③考查量子力學(xué)的建立過程的物理史知識導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)粒子的波動性1．德布羅意波：每一個________的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與__________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：物質(zhì)波波長、頻率的計算公式為λ＝______，ν＝_______．運動實物粒子物質(zhì)波一切宏觀物體都伴隨物質(zhì)波嗎？湖面上的水波是物質(zhì)波嗎？【答案】宏觀物體的波動性不明顯．湖面上的水波是機械波．

(多選)以下說法正確的是 (

)A．宏觀粒子也具有波動性B．抖動細繩一端，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性，故A正確．對宏觀物體而言，其波動性難以觀測，我們所看到的繩波是機械波，不是物質(zhì)波，故B錯誤．物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點出現(xiàn)的概率遵循波動規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，故C正確，D錯誤．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．2．實驗驗證：1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了________衍射實驗，得到了_______的衍射圖樣，證實了電子的________．干涉電子束電子波動性3．說明

(2)宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運動時的_______很大，對應(yīng)的德布羅意波的波長_______，根本無法觀察到它的波動性．波動性動量很小科學(xué)家通過什么方法證明實物粒子具有波動性？【答案】電子束在晶體上的衍射實驗．

(2023年菏澤階段檢測)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性原理，其分辨率比光學(xué)顯微鏡高1000倍以上．下列說法正確的是

(

)A．電子的實物波是電磁波B．電子的德布羅意波長與其動量成正比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．(2)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)(3)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____________．(4)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)上是等價的，它們是同一種理論的兩種表達方式．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，它被稱為量子力學(xué)．薛定諤方程波動力學(xué)2．量子力學(xué)的應(yīng)用(1)借助量子力學(xué)，人們深入認識了___________________________．(2)量子力學(xué)推動了_____________________的發(fā)展．(3)量子力學(xué)推動了________、____________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原子分子物理光學(xué)固體物理課堂?重難探究－對粒子的波動性的理解1．對物質(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)的波長太小的緣故．(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計規(guī)律支配，不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波．(3)德布羅意假說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，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波．2．計算物質(zhì)波波長的方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達式p＝mv．對物質(zhì)波的理解例1下列關(guān)于德布羅意波的認識，正確的解釋是 (

)A．任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C．電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動性【答案】C【解析】運動的物體才具有波動性，A錯誤；宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動性，D錯誤；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在，B錯誤．變式1下列說法中正確的是

(

)A．物質(zhì)波屬于機械波B．物質(zhì)波與機械波沒有本質(zhì)區(qū)別C．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性D．德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波【答案】D【解析】物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波，與機械波性質(zhì)不同，A、B錯誤；宏觀物體也具有波動性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來，C錯誤；德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確．對物質(zhì)波波長的計算例2如果一個中子和一個質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？(中子的質(zhì)量為1.67×10－27kg)解：中子的動量為p1＝m1v，子彈的動量為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)：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系．下列關(guān)于德布羅意波的波長的說法正確的是

(

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

)A．向前飛行的子彈不具有波動性B．射擊運動員之所以很難射中靶子，是因為子彈具有波動性C．子彈既具有粒子性，又具有波動性D．子彈具有波動性，但波長很短表現(xiàn)不出來【答案】CD【解析】運動的實物粒子具有波粒二象性，對子彈來說，其德布羅意波長很短，很難表現(xiàn)出波動性，子彈的波動性對射擊的準確性沒有任何影響，故C、D正確，A、B錯誤．2．如果一個電子和一個中子的德布羅意波長相等，則下列與此相關(guān)的物理量也相等的是

(

)A．速度 B．動能C．動量 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，量子理論的核心觀念是“不連續(xù)”．關(guān)于量子理論，以下說法錯誤的是(

)A．普朗克為解釋黑體輻射，首先提出“能量子”的概念，他被稱為“量子之父”B．愛因斯坦實際上是利用量子觀念和能量守恒解釋了光電效應(yīng)C．康普頓效應(yīng)證明光具有動量，也說明光是不連續(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)對于物質(zhì)波，下列認識正確的是 (

)A．任何運動的物體(質(zhì)點)都對應(yīng)一種波，這種波叫物質(zhì)波B．X射線的衍射實驗證實了物質(zhì)波假說是正確的C．電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波假說是正確的D．宏觀物體盡管可以看成物質(zhì)波，但無法觀察到其干涉、衍射等現(xiàn)象【答案】ACD【解析】由德布羅意假說可判斷A正確；X射線的衍射實驗證實了X射線是波長很短的電磁波，故B錯誤；電子的衍射實驗證實了電子具有波動性，故C正確；宏觀物體對應(yīng)的物質(zhì)波的波長極短，實驗室無法進