4.5 粒子的波动性和量子力学的建立（好课件）-【鼎力课堂】2022-2023学年高二物理同步备课精编优选课件+导学案（人教版2019选择性必修第三册）

§5 粒子的波动性和量子力学的建立 高二物理（人教版2019） 选择性必修 第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 思考与讨论： 新课引入 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？ 一、粒子的波动性 他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢？” 德布罗（De·Broglie） 新课讲授 德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量 ε 和动量p 跟它所对应的波的频率v和波长 λ 之间，遵从如下关系： 一、粒子的波动性 这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波（de Broglie wave），也叫作物质波（matter wave）。 新课讲授 二、物质波的实验验证 1.电子衍射实验： 1927年戴维孙和G. P. 汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似图4.5-1的衍射图样，从而证实了电子的波动性。 3.德布罗意提出物质波的观念被实验证实，表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质，而且具有波动的性质。换句话说，它们和光一样，也具有波粒二象性。 2.电子德布罗意波的干涉现象。 新课讲授 例1：一质量为m =1×10-2kg，速度υ = 3.0102m/s飞行的子弹，对应的德布罗意波长为： 例2：电子m=9.110-31kg，由静止经100V电压加速， 对应的德布罗意波长为： 太小，无法观测到波动性 可能观察到电子的波动性 新课讲授 三、量子力学的建立 1.经典物理学无法解释的现象：黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等。 新课讲授 三、量子力学的建立 新课讲授 ε=hν EK=hv-w0 hv=En-Em 2.普朗克常量都扮演了关键性的角色。 三、量子力学的建立 3.量子力学理论的建立 新课讲授 海森堡 玻恩 薛定谔 狄拉克 泡利 四、量子力学的应用 1.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展 中国第四代核反应堆 新课讲授 四、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 核磁共振 铯原子钟 新课讲授 四、量子力学的应用 3.量子力学推动了固体物理的发展 集成电路 新课讲授 AB 课堂练习 课堂练习 D 课堂练习 课堂练习 C 课堂练习 课堂练习 C 课堂练习 课堂练习 1．波粒二象性是微观世界的基本特征。下列说法正确的是（　　） A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．电子在穿过金属片后的衍射现象，证实了电子的粒子性 D．动能相等的质子和电子，它们的物质波波长也相等 【答案】AB 【详解】A．光电效应现象揭示了光的粒子性，选项A正确； B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确； C．衍射现象是波动性的表现，选项C错误； D．由 及 可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，选项D错误。 故选AB。 2．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 【答案】D 【详解】A．戴维孙和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； BD．根据德布罗意的波长公式 又动量与动能的大小关系有 联立两式可得 所以，实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短；实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越短，故B错误，D正确； C．粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。 故选D。 3．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，它是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 【答案】C 【详解】AB. 设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则 又 ，故 可得 对电子来说