粒子的波动性和量子力学的建立课件高二下学期物理人教版选择性必修第三册

5粒子的波动性和量子力学的建立第四章

原子结构和波粒二象性Highschoolphysics了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用了解什么是德布罗意波，会解释有关现象02了解粒子的波动性，知道物质波的概念01重点03通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们认识到光既有粒子性，又有波动性。我们已经认识到如电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会同时具有波动性呢？圆孔衍射像单缝衍射像01粒子的波动性德布罗意假设德布罗意

法国物理学家每一个运动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称为德布罗意波，也叫物质波粒子性波动性h是桥梁[点击图片

播放视频]德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？发生明显衍射的条件：波长大于等于障碍物的尺寸不会

子弹的德布罗意波长远比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性，故忽略也不会引起大的偏差总结：宏观物体动量很大，德布罗意波长很短，无法观察到波动性(1)光子对应的波是电磁波，实物粒子对应的波是机械波。(

)(2)只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才有波动性，宏观物体运动时不具有波动性。(

)××1.(多选)关于物质波，下列说法正确的是A.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质B.微观粒子在一定条件下能表现出波动性C.粒子的动量越小，其波动性越易观察D.粒子的动量越大，其波动性越易观察√√

2.(2025·平凉市高二检测)将离子加速后轰击半导体材料表面，可以改变半导体的物理性质，这就是离子注入技术，这是制造芯片的重要科技，我国在此方面已取得显著的成绩。质量为m的氢离子H+和质量为23m的钠离子Na+，分别由静止开始从P点被同一匀强电场加速，两离子均从K点离开电场。被加速后两离子速度远小于光速，其重力均忽略不计。下列说法正确的是A.两离子在K点的动量相同B.在K点H+的动能更大C.在K点H+产生的物质波波长更长D.在K点，两离子速度远小于光速，不具有波动性√

计算物质波波长的方法

02物质波的实验验证德布罗意关于实物粒子具有波动性的假说在当时来看是难以理解的。(2)如果电子、质子等实物粒子真的具有波动性，它们是否会像光波那样也能发生干涉和衍射？(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？普朗克能量子和爱因斯坦光子理论电子的德布罗意波长与X射线的波长具有相近的数量级，X射线在通过晶体时会发生明显的衍射X射线衍射图样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，会得到怎样的衍射图样？G.P.汤姆孙因验证了电子的波动性而获诺贝尔物理学奖电子的波动性

电子束穿过铝箔后的衍射图样电子干涉条纹实物粒子的波粒二象性

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√

03量子力学黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等现象在各类系统中普遍存在，且都和原子、分子等微观粒子的行为紧密联系。在这些问题中经典物理学往往连实验结果的定性行为都无法解释。微观世界的物理规律和宏观世界的物理定律可能存在巨大的差别普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论都是针对哪个特定的具体问题？普朗克黑体辐射理论：ε=hν爱因斯坦光电效应理论：Ek=hv-w0玻尔氢原子理论：hv=En-Em普朗克常量：h康普顿散射理论：德布罗意物质波假说：这些理论背后，应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律关键性角色量子力学的建立

人们在20世纪20年代成功地建立了这种普遍性理论——量子力学1925年，德国物理学家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学

1926年，奥地利物理学家薛定谔提出薛定谔方程被称为波动力学玻恩狄拉克泡利众多物理学家共同努力，描述微观世界行为的理论逐步完善并完整地建立起来量子力学推动了核物理和粒子物理的发展

粒子物理学的发展又促进了天文学和宇宙学的研究人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观层次的物质结构核物理的发展还让人们成功地认识并利用了原子核反应堆所释放的能量——核能量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展

核磁共振铯原子钟人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术。光纤通信人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分。量子力学推动了固体物理的发展

晶体管激光光刻技术集成电路[点击图片

播放视频]量子力学的创立和索尔维会议4.(多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是A.量子力学完全否定了经典力学B.量子力学是在早期量子论的基础上创立的C.量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D.“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用√√√量子力学没有否定经典力学理论，故A错误；在普朗克、玻尔等人所建立的量子论的基础上，玻恩、海森堡、薛定谔等众多科学家逐步完善并建立了量子力学，故B正确；量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性，故C正确；“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用，故D正确。04巩固练习1.以下关于物质波的说法正确的是A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B.宏观物体不存在对应的波C.电子在任何条件下都能表现出波动性D.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的√任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故A、B错误；电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来，故C错误；电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，D正确。2.如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最小的是A.α粒子 B.β粒子 C.中子 D.质子√

3.(2025·四川卷)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10-10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是A.德布罗意波长约为7.9×10-13m的中子B.德布罗意波长约为8.7×10-12m的质子C.德布罗意波长约为2.6×10-11m的氮分子D.德布罗意波长约为1.5×10-10m的电子√

4.(2025·浙江6月选考)一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样，则A.该实验表明电子具有粒子性B.图中亮纹为电子运动的轨迹C.图中亮纹处电子出现的概率大D.电子速度越大，中心亮斑半径越大√

√

6.(多选)(2022·浙江1月选考)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是A.发射电子的动能约为8.0×10-15JB.发射电子的物质波波长约为5.5×10-11mC.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样