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】2023-2024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 [学习目标] 1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念（物理观念）.2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象（物理观念）.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（科学思维）. 知识点一　　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　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＝. 知识点二　　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　波动性　. 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　波动性　，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确. 4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有　波粒二象　性. 知识点三　　量子力学的建立及应用 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. 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）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. （　√　） （4）光子数量越大，其粒子性越明显. （　×　） 2.质子H）和α粒子He）被加速到相同动能时，质子和α粒子的动量之比为　1∶2　，德布罗意波长之比为　2∶1　. 探究点一　　粒子的波动性 【情境导学】如图所示，是电子束穿过铝箔后的衍射图样，此图样说明了什么？ 答案　说明实物粒子具有波动性. 【知识拓展】 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德布罗意波. 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. 【例题1】（多选）根据物质波理论，下列说法正确的是（　　） A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B.宏观物体和微观粒子都具有波动性 C.宏观物体运动时，看不到它的干涉、衍射现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 思维导引：微观粒子和宏观物体都有波动性，粒子的动量越小，波长越长，表现出来的波动性就越明显. 答案　BD　 解析　一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，选项A错误，B正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，选项C错误；由λ＝，p＝mv可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，选项D正确. 【变式1】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（