《粒子的波动性和量子力学的建立》课件

5.粒子的波动性和量子力学的建立自主落实·必备知识全过关合作探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标素养目标1.知道德布罗意波，光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关实验证据．(物理观念)2．掌握光的波粒二象性，理解其对立统一关系；并能应用波粒二象性解释有关现象，提高分析、推理能力．(科学思维)3．学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，激发学习科学的兴趣．(科学态度与责任)自主落实·必备知识全过关一、粒子的波动性和物质波的实验验证1．粒子的波动性(1)德布罗意波法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有________，即每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫________．(2)物质波的波长、频率关系式ν＝________，λ＝________．波动性运动物质波

2．物质波的实验验证(1)实验探究思路光的________和衍射现象是光具有波动性的有力证据，如果实物粒子具有波动性，那么，它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射．(2)实验验证1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了________的衍射图样，证实了________的波动性．干涉电子电子

波动性动量很短二、量子力学的建立与应用1．量子力学的建立(1)普朗克________理论、爱因斯坦________理论、康普顿________理论、玻尔________理论以及德布罗意________假说等一系列理论[都是针对一个特定的具体问题，不是统一的普遍性理论]在解释实验方面都取得了成功．(2)在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论[统一描述微观世界物理规律的普遍性规律]被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为________．黑体辐射光电效应散射氢原子物质波量子力学2．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和________物理的发展．(2)量子力学推动了原子、分子物理和______的发展．(3)量子力学推动了________物理的发展．粒子光学固体走

进

生

活根据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288km/h，羽毛球的质量为5.0g.求德布罗意波的波长以及能否观察到羽毛球的波动性？

合作探究·能力素养全提升探究一对物质波的理解情境探究1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验，得到如图所示的衍射图样．该图样证明了什么？明显衍射电子波长大约是什么？提示：证明电子的波动性；与晶核尺度相近．

应用体验例1关于物质波，下列说法正确的是(

)A．速度相等的电子和质子，电子的波长长B．动能相等的电子和质子，电子的波长短C．动量相等的电子和中子，中子的波长短D．甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍答案：A

针对训练1.下列说法正确的是(

)A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都具有一种波和它对应，这种波叫作物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案：C解析：物质波是一切运动的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观运动的物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，C正确．2．[浙江6月]已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg.一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(

)A．10－8B．106C．108D．1016答案：C

探究二对光的波粒二象性的理解1.对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说．直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性．对于光的本性认识史，列表如下：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性

理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界2.对光的波粒二象性的理解项目实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光在传播时，表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子应用体验例2[聊城高二检测](多选)1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成了电子束衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是(

)A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案：ABD解析：物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确．电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误．例3[湖南卷]关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是(

)A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性答案：C解析：卢瑟福的核式结构模型解释的是α粒子散射实验现象，A项错误；玻尔的原子理论只解释了氢原子光谱分立特征，但无法解释其他原子如氦的原子光谱，B项错误；光电效应说明光具有能量，具有粒子性，C项正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性，D项错误．误区警示光的波粒二象性的三点注意(1)光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．(2)光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．(3)光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．针对训练3.[四川绵阳南山中学高二下期中]用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明(

)A．光只有粒子性没有波动性B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性C．光只有波动性没有粒子性D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性答案：B解析：由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了第三个图片中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故A、C、D错误，B正确．1.质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？当堂小练解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动。2.关于粒子的波动性，下列说法正确的是（）A．实物粒子具有波动性，仅是一种理论假设，无法通过实验验证B．实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越大C．只有带电的实物粒子才具有波动性，不带电的粒子没有波动性D．实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短解析：A．戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，得到电子的衍射图样，证明了实物粒子的波动性，故A错误；BD．根据德布罗意的波长公式又动量与动能的大小关系有联立两式可得所以，实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短；实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越短，故B错误，D正确；C．粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。答案：D3.“4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代．4G所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109），而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（