第4章 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 1.了解粒子的波动性，知道什么是物质波，知道说明实物粒子具有波动性的实验事实，了解量子力学的建立过程及在微观世界中的应用. 物理观念 2.知道ν＝和λ＝揭示了粒子性和波动性之间的联系，并能用来分析有关问题. 科学思维 知识点一　粒子的波动性与实验验证 1．粒子的波动性 (1)物质波：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__相联系的波称为物质波，也叫__德布罗意__波． (2)物质波的波长、频率关系式：λ＝　　，ν＝　　. 2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路 干涉和__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年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的__波动__性． 提醒：(1)除了电子以外，人们后来陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性．对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝的关系同样正确；(2)宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，它们运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很短，很难观察到它的波动性． 知识点二　量子力学的建立与应用 1．量子力学的建立 (1)早期量子论的建立 ①普朗克__黑体辐射__理论，能量子ε＝__hν__. ②爱因斯坦__光电效应__理论，光子ε＝__hν__. ③康普顿__散射__理论，光子动量p＝　　. ④玻尔__氢原子__理论，氢原子发光hν＝___En－Em__. ⑤德布罗意__物质波__假说，频率ν＝　 　，波长λ＝　　. (2)量子力学的建立 20世纪中期，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__(选填“宏观”或“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． 2．量子力学的应用 (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__微观__(选填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，而粒子物理学的发展又促进了__天文__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导体、绝缘体和半导体之分． 提醒：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． 1．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)湖面上的水波就是物质波．(　　) (4)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．(　　) (5)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．(　　) (6)光子数量越大，其粒子性越明显．(　　) 答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)× 2．质量为10 g、速度为300 m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线，为什么？ 提示：由波长公式可得λ＝＝ m＝2.21×10－34 m．根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象；不能，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动． 考点一　对物质波的理解 【例题1】 下列关于德布罗意波的认识正确的是(　　) 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 思维导引：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． 答案　C 解析　运动的物体才具有波动性，选项A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，选项B错误；电子是实物粒子，它的衍射证实了物质波的假设是正确的，选项C正确；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，选项D错误． 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