第4章 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 （word教参）-【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2019）

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。 一、粒子的波动性 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：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德布罗意波，也叫作物质波。 (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＝。 2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路：干涉、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，证实了电子的波动性。 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、光电效应、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、爱因斯坦光电效应理论、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。 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？ 提示：羽毛球的速度v＝288 km/h＝80 m/s，其德布罗意波的波长λ＝＝＝ m≈1.66×10－33 m，波长太短，无法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。 2．计算物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv。 (2)根据波长公式λ＝求解。 (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式，如光子的能量：ε＝hν，动量p＝；微观粒子的动能：Ek＝mv2，动量p＝mv。 [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？ [解析]　(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有eBv＝me 解得v＝ 其最大初动能为 Ek＝mev2＝＝ J≈3.1×103 eV (2)由爱因斯坦光电效应方程 hν＝Ek＋W0，ν＝ 联立可得W0＝－Ek 代入数据解得W0＝1.44×104 eV (3)由德布罗意波长公式得 λ′＝，p＝mev＝erB。 解得λ′≈2.2×10－11 m。 [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：选D　任何一个运动着的物体，小到电子、质子