物理选择性必修第三册(配人教版)第4章-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5粒子的波动性和量子力学的建立学习目标1．知道光的波粒二象性，理解实物粒子的波动性(重点)2．理解德布罗意波，会解释相关现象(重难点)3．了解量子力学的建立过程和应用(重点)学法与考法学法：①通过对实物粒子具有波动性的学习，了解微观世界的量子化特征，体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响；②了解波粒二象性的物理思想，量子力学的建立过程，体会人们对物质本性认识的不断发展；③通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度；④通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法考法：①考查对德布罗意波的理解；②考查对物质波波长的计算；③考查量子力学的建立过程的物理史知识导图预习导学|新知领悟1．德布罗意波：每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与____________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：物质波波长、频率的计算公式为λ＝__________，ν＝________.粒子的波动性运动实物粒子物质波一切宏观物体都伴随物质波吗？湖面上的水波是物质波吗？微思考【答案】宏观物体的波动性不明显．湖面上的水波是机械波． (多选)以下说法正确的是 (

)A．宏观粒子也具有波动性B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C．物质波也是一种概率波D．物质波就是光波【答案】AC【解析】任何物体都具有波动性，故A正确．对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B错误．物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，故C正确，D错误．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．2．实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了____________衍射实验，得到了________的衍射图样，证实了电子的__________．物质波的实验验证干涉电子束电子波动性波动性动量很小什么现象可以证实了实物粒子具有波动性？微思考【答案】电子束在晶体上的衍射实验．

在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是 (

)A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上都不正确【答案】B【解析】最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验，B正确．1．量子力学的建立(1)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．(2)德国物理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__________________．量子力学的建立和量子力学的应用黑体辐射光电效应氢原子光谱矩阵力学(3)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________________．(4)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等价的，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，它被称为量子力学．薛定谔方程波动力学2．量子力学的应用(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．(3)量子力学推动了________________、________________和____________的发展．如激光、核磁共振、原子钟，等等．(4)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原子分子物理光学固体物理多维课堂|

素养初培问题(1)物质波的概念是如何提出的？(2)宏观物体的运动也具有波动性吗？为什么我们生活中却体会不到？对粒子的波动性的理解1．对物质波的理解(1)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的缘故．(2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．素养点评：通过对物质波的探究，培养“物理观念”和“科学探究”的核心素养．对物质波的理解精练1下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是 (

)A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性【答案】C【解析】运动的物体才具有波动性，A错误；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D错误；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B错误．变式1下列说法中正确的是 (

)A．物质波属于机械波B．物质波与机械波没有本质区别C．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D．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，都有一种波和它对应，这种波叫物质波【答案】D【解析】物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A、B错误；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C错误；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，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，D正确．对物质波波长的计算精练2如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27kg)变式2一颗质量为5.0kg的炮弹：(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？

宏观物体波动性的三点提醒1．一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不能否定其波动性．2．要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别．3．在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波动性与粒子性可以共存．课堂小练|

素养达成1．(多选)下列关于实物粒子的说法中正确的是 (

)A．向前飞行的子弹不具有波动性B．射击运动员之所以很难射中靶子，是因为子弹具有波动性C．子弹既具有粒子性，又具有波动性D．子弹具有波动性，但波长很短表现不出来【答案】CD【解析】运动的实物粒子具有波粒二象性，对子弹来说，其德布罗意波长很短，很难表现出波动性，子弹的波动性对射击的准确性没有任何影响，故C、D正确，A、B错误．2．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等的是 (

)A．速度 B．动能C．动量 D．总能量【答案】C3．为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，下列说法中正确的是 (

)A．电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射B．电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射C．电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射D．电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射【答案】A【解析】为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的，因为可见光的波长数量级是10－7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦，如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了，故A正确．4．(多选)对于物质波，下列认识正确的是 (

)A．任何运动的物体(质点)都对应一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的C．电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的D．宏观物体尽管可以看成物质波，但无法观察到其干涉、衍射等现象【答案】ACD【解析】由德布罗意假说可判断A正确；X射线的衍射实验证实了X射线是波长很短的电磁波，故B错误；电子的衍射实验证实了电子具有波动性，故C正确；宏观物体对应的物质波的波长极短，实验室无法进行实验，D正确．5．下列说法中正确的