第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 教学课件

物理第四章原子结构和波粒二象性第5节粒子的波动性和量子力学的建立01必备知识素养奠基02关键能力素养形成[学习目标]1．理解德布罗意波，会解释相关现象。2．了解电子衍射实验，了解创造条件来进行有关物理实验的方法。3．了解量子力学的建立过程，了解量子力学的应用。知识点1粒子的波动性1．德布罗意波1924年，法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有_________，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＝___。波动性运动物质波知识点2物质波的实验验证1．实验探究思路______、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。干涉2．实验验证1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别利用单晶和多晶晶体，做了电子束衍射实验，得到了______的衍射图样，如图所示，证实了______的波动性。电子电子波动性动量很小[判一判]1．(1)德布罗意认为实数粒子也具有波动性。(

)(2)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。(

)(3)湖面上的水波就是物质波。(

)(4)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(

)(5)向前飞行的子弹具有波动性。(

)√××√√知识点3量子力学的建立19、20世纪之交，人们在____________、____________、_____________等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象。德国物理学家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造,使之可以适用于更普遍的情况。他们建立的理论被称为____________。黑体辐射光电效应氢原子光谱矩阵力学1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——_______________，使玻尔理论的局限得以消除。由于这个理论的关键是物质波，因此被称为____________。1926年，薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明，波动力学和矩阵力学在数学上是______的，它们是同一种理论的两种表达方式。随后数年，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被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为____________。薛定谔方程波动力学等价量子力学知识点4量子力学的应用量子力学被应用到众多具体物理系统中，得到了与实验符合得很好的结果，获得了极大的成功。1．借助量子力学，人们深入认识了______________________________。2．量子力学推动了________________________的发展。微观世界的组成、结构和属性核物理和粒子物理3．量子力学推动了______、____________和______的发展。激光、核磁共振、原子钟，等等。4．量子力学推动了____________的发展。原子分子物理光学固体物理[判一判]2．(1)借助量子力学,人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。(

)(2)量子力学是在早期量子论的基础上创立的。(

)√√1．(物质波的理解和波长的计算)(多选)关于物质波，下列认识中错误的是(

)A．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象√√解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确；X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误。2．(对粒子的波动性的理解)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：戴维森和G.P.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；3．(对光的波粒二象性的理解)下列说法正确的是(

)A．光子就是质点B．光不具有波动性C．光具有波粒二象性D．实物粒子和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√解析：光子的本质是电磁波，不是质点；光具有波粒二象性；实物粒子和光子一样都具有波粒二象性,但是实物粒子与光子是不同本质的物质。探究一物质波的理解和波长的计算1．物质的分类(1)由分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；(2)“场”也是物质，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质。2．物质波的普遍性：任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小。【例1】要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。有关电子显微镜的下列说法正确的是(

)A．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射D．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射√[解析]

电子显微镜的分辨率比光学显微镜更高，是因为电子物质波的波长比可见光短，和可见光相比，电子物质波不容易发生明显衍射，所以分辨率更高，A正确。【例2】一颗质量为5.0kg的炮弹(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c＝3×108m/s)(1)以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？(3)若要使它的德布罗意波波长与波长是400nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？[针对训练2]

(2021·江苏苏州市高二期中)影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低。利用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图像。以下说法正确的是(

)A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越高B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜比用电子束工作的显微镜分辨本领高D．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜和用电子束工作的显微镜分辨本领相同√探究二对光的波粒二象性的理解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实验基础表现说明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联系大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，频率越高粒子性越显著，频率越低波动性越显著。【例3】

(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(

)A．光的波动性理论可以很好地解释黑体辐射的实验规律B．动能相同的质子和电子，质子的德布罗意波长比电子短C．康普顿效应进一步证实了光子说的正确性D．动量为p的电子，其德布罗意波波长为hp(h为普朗克常量)√√[解析]

黑体辐射实验是证明光的粒子性的基本实验。因为它不能用光的波动性解释，在解释这个实验的过程中发现了光的粒子性，A错误；康普顿效应进一步证实了光子说的正确性，C正确；[针对训练4]

(多选)关于对光的波粒二象性的理解，正确的是(

)A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性D．光具有波粒二象性是指：既可以把波看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子√