人教版 选择性必修第三册 第四章 5 粒子的波动性和量子力学的建立（32张PPT）

(共32张PPT)
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
1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.
2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.
3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用.
【学习目标】
【内容索引】
梳理教材
夯实基础
探究重点
提升素养
随堂演练
逐点落实
SHULIJIAOCAI　 HANGSHIJICHU
梳理教材　夯实基础
1
一、粒子的波动性
1.德布罗意波：每一个 的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫 波.
2.粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν＝
___，λ＝___.
运动
物质
二、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 或衍射现象.
2.实验验证：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，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 .
3.说明
除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 关系同样正确.
4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有 性.
干涉
干涉
波动性
波动性
波粒二象
三、量子力学的建立
四、量子力学的应用
借助量子力学，人们深入认识了 (填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性.
1.推动了核物理和粒子物理的发展.人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个 _____(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了 学和宇宙学的研究.
2.推动了原子、分子物理和光学的发展
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.
3.推动了固体物理的发展
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 、绝缘体和半导体之分.
微观
天文
微观
导体
判断下列说法的正误.
(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.(　　)
(2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.(　　)
(3)宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长.(　　)
(4)量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性.
(　　)
即学即用
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√
√
TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG
探究重点　提升素养
2
一、粒子的波动性
导学探究
1.如图1是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：
图1
(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？
答案　普朗克能量子和爱因斯坦光子理论.
(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？
答案　电子具有波动性.
2.德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识.
答案　一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测.
知识深化
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，这种波叫物质波，其波长λ＝ .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.
(2)德布罗意假说是光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.
例1　(2020·浙江杭州高二月考)下列说法中正确的是
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的物体，小到电子、质子、中子，大到行
星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时
不具有波动性
√
解析　任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错；
物质波不同于宏观意义上的波，故A项错.
例2　(2020·奉新县第一中学高二月考)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A.该实验说明了电子具有粒子性
√
C.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D.若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
解析　实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误；
针对训练　(2020·湖北高二月考)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
√
例3　(2020·山东潍坊高二月考)关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是
A.不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的
B.量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动
C.经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动
D.上述说法都是错误的
√
二、量子力学的建立
解析　经典力学适用于宏观世界和低速运动，对于微观世界和高速运动不适用，故A错误；
经典力学适用于宏观物体的运动，量子力学适用于微观粒子的运动，故B、D错误，C正确.
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SUITANGYANLIAN　 ZHUDIANLUOSHI
随堂演练　逐点落实
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1.(物质波的理解)(2020·江苏省如皋中学高二月考)以下说法正确的是
A.康普顿效应现象说明光具有波动性
B.爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本
身就是由一个个不可分割的能量子组成的”
C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再
具有波动性了
D.只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，
都没有相对应的物质波
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解析　康普顿效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；
爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”，选项B正确；
光具有波粒二象性，当光表现出波动性时，仍具有粒子性，光表现出粒子性时，也仍具有波动性，故C错误；
只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波，故D错误.
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2.(物质波的理解)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.如果甲、乙两电子的速度远小于光速，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
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动量相等的电子和中子，其波长相等，C错误；
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3.(量子力学)(2020·河北保定高二月考)普朗克的量子力学的提出是物理学历史上的一次重要革命，主要是因为
A.否定了经典力学的绝对时空观
B.揭示了时间、空间是绝对不变的
C.解释了经典力学所有现象
D.使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界
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4.(物质波的理解与计算)如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s
的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为1.67×10－27kg，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，结果保留三位有效数字)
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答案　3.97×10－10 m　6.63×10－35 m
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解析　中子的动量为p1＝m1v
子弹的动量为p2＝m2v
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代入数据可解得
λ1≈3.97×10－10 m，λ2＝6.63×10－35 m.
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本课结束