【物理】粒子的波动性和量子力学的建立 2023-2024学年高二下人教版（2019）选择性必修第三册

第五节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学习目标1新课讲解3新课导入2经典例题4课堂练习5本课小结6目录麦克斯韦牛顿惠更斯托马斯·杨菲涅耳海森伯普朗克康普顿德布罗意劳厄戴维孙G.P.汤姆孙玻恩新课导入

通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于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?新课讲解一、粒子的波动性

如同光波具有粒子性一样，实物粒也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应波相联系。这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。德布罗意实物粒子既具有粒子性，也具有波动性，二者通过h来联系。1.实验思路光干涉和衍射现象波动性物质波验证方法：实验结论干涉衍射找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样2.实验材料

比如电子的质量m=9.1×10-31kg，用200V的加速电压给他加速能量就是200eV。此时它的波长是多少呢？与X射线的波长相当

因此，如果电子具有波动性，就可以用观察X射线通过晶体是会发生衍射的装置观察到电子的衍射。食盐晶体结构0.1nm3.实验验证——衍射图样G.P汤姆孙戴维森

1927年戴维森和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，从而证实了电子的波动性。大量电子的一次行为3.

实验验证——干涉图样

在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象。问题：为什么我们看不到实物粒子的波动性呢？如质量为0.01kg的子弹，速度是300m/s，那么计算出的波长是？

比原子核的半径还要小19个数量级。这根本测不出衍射，所以宏观物体几乎看不到波动性只表现粒子性。原子核：r—10-15m

它可以用来提高显微镜的精度，知道光如果碰到和波长差不多都物体就会发生衍射现象，这会导致被观察物体的光点成像后，变成光斑看不清楚，所以显微镜的分辨本领受到所用光波的波长限制，波长越短，精度越高。4.

粒子波动性的作用可见光波长：400~700nm电子束：0.2nm制成电子显微镜二、量子力学的建立黑体辐射光电效应氢原子光谱

经典物理学无法解释的现象，这就表明，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，人们需要建立描述微观世界的物理理论。1.经典物理学的疑难普朗克黑体辐射理论：ε=hν爱因斯坦光电效应理论：EK=hv-w0康普顿散射理论：玻尔氢原子理论：hv=En-Em德布罗意物质波假说：普朗克常量：h在它们的背后，应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。2.新理论的成功

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在解释实验方面都取得了成功.3．量子力学：描述微观世界行为的理论.4.意义

量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命.它和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础.5．量子力学的应用2)量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展.1)量子力学推动了核物理和粒子物理的发展.3)量子力学推动了固体物理的发展.三、量子力学的应用1.推动了核物理和粒子物理的发展核能释放天文宇宙的研究光纤通信光纤通信技术（opticalfibercommunications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用.光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具.集成电路集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件.采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步.它在电路中用字母“IC”表示.集成电路发明者为杰克·基尔比（基于锗（Ge）的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于硅（Si）的集成电路）.当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路.1931

电子显微镜1938

核磁共振1942

核反应堆1948

晶体管1949

原子钟1960激光1962

发光二极管20世纪90年代基于巨磁阻效应的高性能信息存储技术量子力学推动的若干重要技术的诞生年份经典例题例1．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(

)A．光电效应和康普顿效应都揭示了光的波动性B．热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有粒子性C．光的波粒二象性表明一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子

D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显D

例2．某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s.(1)分别计算电子和子弹的德布罗意波长．(2)试根据计算结果分析它们表现的波粒二象性．(电子的质量为me＝9.1×10－31kg，普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s)

当堂检测1.(三种射线的特性)关于α、β、γ三种射线的性质，下列说法中正确的是A.α射线是带正电的高速粒子流，它的电离作用最弱B.β射线是高速电子流，它的穿透能力最弱C.γ射线是电磁波，它在真空中的传播速度等于光速D.以上说法都不正确√解析

α射线是高速粒子流，带正电，其电离作用最强，故A错误；β射线是高速电子流，有很强的穿透能力，故B错误；γ射线是一种电磁波，在真空中以光速传播，故C正确，D错误.2.(射线的本质)如图4所示，在某次实验中把放射源放入铅制成的容器，射线只能从容器的小孔射出.在小孔前Q处放置一张黑纸，在黑纸后P处放置照相机底片，QP之间为垂直纸(非黑纸)面的匀强磁场(图中未画出)，整个装置放在暗室中.实验中发现，在照相机底片的a、b两处被感光(b点正对铅盒的小孔)，则下列有关说法正确的是A.天然放射现象说明原子具有复杂的结构B.QP之间的匀强磁场垂直纸面向里C.通过分析可知，打到a处的射线为β射线D.此放射性元素放出的射线中只有α射线和β射线√解析天然放射现象说明原子核具有复杂的结构，选项A错误；因黑纸只能挡住α射线，则打到a点的为β射线，打到b点的为γ射线，由左手定则可知，QP之间的匀强磁场垂直纸面向外，选项B错误，C正确；此放射性元素放出的射线中有α射线、β射线和γ射线，选项D错误.3.(原子核的组成)在元素周期表中查到铅的原子序数为82，一个铅原子质量数为207，下列说法正确的是A.核外有82个电子，核内有207个质子B.核外有82个电子，核内有82个质子C.核内有82个质子，207个中子D.核内有125个核子√解析在元素周期表中查到铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，则核外电子有82个；根据质量数等于质子数与中子数之和可知，铅原子核的中子数为207－82＝125，选项B正确.A.它们的质子数相等B.它们的物理性质和化学性质均不相同C.它们的核子数相等D.它们的中子数相等4.(原子核的组成及同位素)氢有三种同位素，分别是√解析任意