第5节 粒子的波动性和量子力学的建立（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 核心素养导学 物理观念 (1)知道实物粒子的波动性假设和实验验证。 (2)知道实物粒子和光一样也具有波粒二象性。 科学思维 量子力学的建立过程。 科学探究 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。 科学态度与责任 (1)体会科学的发展需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正和修正。通过相关理论的实验验证，逐步形成严谨求实的科学态度。 (2)体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响。 实物粒子 干涉 (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_______衍射实验，得到了_____的衍射图样，证实了电子的_________。 二、量子力学的建立与应用 1．经典物理学的困难 19、20世纪之交，人们在黑体辐射、__________、氢原子光谱等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象。 2．各近代实验的成功理论 普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦______________、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。 电子束 电子 波动性 光电效应 光电效应理论 3．量子力学的建立 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。 4．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。 (2)量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。 (3)量子力学推动了固体物理的发展。 1．根据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288 km/h，羽毛球的质量为5.0 g。 求德布罗意波的波长以及能否观察到羽毛球的波动性？ 2．在这些成功的理论中，有什么发现？有什么启迪？ 提示：在这些成功的理论中，普朗克常量都扮演了关键性角色。预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系，为人们探索统一描述微观世界行为的普遍规律指明了方向。 新知学习(一)|物质波的理解及波长计算 [任务驱动]　　 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明了什么？ 提示：说明了电子具有波动性。　　　　 [重点释解] 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)德布罗意波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。 [典例体验] [典例]　波长λ＝0.71×10－10 m的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知rB＝1.88×10－4 m·T、h＝6.63×10－34 J·s、me＝9.1×10－31 kg。试求： (1)光电子的最大初动能； (2)金属的逸出功； (3)该电子的物质波的波长是多少？ [答案]　(1)3.1×103 eV　(2)1.44×104 eV (3)2.2×10－11 m [针对训练] 1．以下关于物质波的说法正确的是 (　 ) A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性 B．宏观物体不存在对应的波 C．电子在任何条件下都能表现出波动性 D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性 解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故A、B错误；电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来，故C错误，D正确。 答案：D 2．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动量的数量级为 (　 ) A．10－17 kg·m/s　　　　 B．10－19 kg·m/s C．10－21 kg·m/s D．10－24 kg·m/s 答案：D　 新知学习(二)|光的波粒二象性 [重点释解] 1．人类对光的本性认识史 人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿时代光的微粒说，到惠更斯和托马斯·杨的波动说，到麦克斯韦的电磁说，再到爱因斯坦的光子说。直到二十世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史，列表如下： 学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性 代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 斯坦爱因 公认 实验依据 光的直线传播，光的反射 光的干涉，衍射　 能在真空中