4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册

该高中物理课件围绕粒子的波动性和量子力学建立，通过光的波粒二象性设问实物粒子是否具有波动性，衔接光电效应等前序知识，结合情境导学和课标要点图解，帮助学生构建波粒二象性的物理观念。 其亮点在于融入物理观念与科学思维，以电子双缝干涉实验、电子显微镜分辨率分析等实例，采用问题驱动和分层例题（基础到培优）设计，助力学生深化概念理解与应用，教师可借此提升教学效率和学生核心素养。

第四章 原子结构和波粒二象性 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 1 图解课标要点 _______________________________ 光是电磁波，但光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性；电子等粒子具有粒 子性，那么实物粒子是否也会同时具有波动性呢？德布罗意提出了物质波假说，后 来，科学家又通过电子的双缝干涉图样证实了物质波的存在。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 2 学思用·典例详解 例1-1 以下关于物质波的说法正确的是( ) D 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。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 3 例1-2 （多选）为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：（1）用分辨率比光 学显微镜更高的电子显微镜成像（由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的 衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高）；（2）利用 射线或中子束得到晶体的衍 射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析正确的是( ) AD A.电子显微镜利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多 B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小 C.要获得晶体的射线衍射图样， 射线波长要远小于原子的尺寸 D.中子束的物质波波长可以与原子尺寸相当 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 4 【解析】由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及 发生明显衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确； 由德布罗意波长公式可知，电子束的运动速度越大，波长越短，越不容易发生衍射， B项错误；由信息“利用 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的 条件可知，中子束的物质波波长或 射线的波长可以与原子尺寸相当，D项正确，C 项错误。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 5 学思用·典例详解 【想一想丨问题驱动】 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理论指明了方向。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 6 方法帮 解题课丨关键能力构建 题型 分析求解有关德布罗意波问题 图4-5-1 例3 (2025·江苏宿迁期末)让电子束通过电场加速后，照射到 金属晶格（间距约 ）上，可得到如图4-5-1所示电子 的衍射图样，可见光波长约为 ，则下列说法正 确的是( ) A A.该实验说明了电子具有波动性 B.加速电压越大，电子的德布罗意波长越长 C.实验中电子的德布罗意波长为 D.动量相等的质子和电子，对应的德布罗意波长不相等 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 7 信息提取析题意 【解析】得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A正确；根据动能定理 ，，可得 ，故加速电压越大，电子的德布罗意波长 越短，故B、C错误；根据 可知，动量相等的质子和电子，对应的德布罗意波长 相等，故D错误。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 8 【学会了吗丨变式题】 科研人员使用冷冻镜断层成像技术可以“拍摄”到某病毒的 影像，已知普朗克常量 为，若该病毒的平均尺度是 ，下列说法正确的是( ) D A.等于 B.想要“看清”该病毒，所用“光波”的波长应该大于 C.用能量为 的可见光照射，在显微镜下病毒清晰可见 D.波长为的光子的动量的数量级为 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 9 【解析】,故A错误；波长大于 的光，照射到该病毒上衍 射现象明显（绕过障碍物），看不清该病毒，故B错误；能量为 的可见光波 长为 ，照射到该病毒上衍射现象明显（绕过障碍 物），故C错误；波长为 的光子的动量 ，故D正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 10 高考帮 考试课丨核心素养聚焦 考情揭秘 素养点击 基本考 查点 粒子的波动性，物质波的理解及计算。 1.通过了解粒子的波动性，体 会德布罗意提出实物粒子具有 波动性假说的重要意义。 2.通过了解量子力学的建立过 程及应用，明确基础理论对人 类发展和进步的重大作用。 热点及 难点 波粒二象性、德布罗意波长和频率公式 的应用。 题型及 难度 基本以选择题或填空题形式出现，属于 识记内容。 高考中 地位 一般不单独命题，常与其他知识结合考 查。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 11 考向1 考查对波粒二象性的理解 例4 (江苏高考题改编)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法错误的有( ) D A.光电效应现象揭示了光的粒子性 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 C.黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释 D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 本题重点考查对波粒二象性基本特征的理解，涉及光电效应、晶体衍射、黑体辐射 及物质波等内容。试题看上去基础，但体现了物理重视实验、强调理解、突出能力 的学科核心素养要求。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 12 【解析】光电效应现象说明光具有粒子性，选项A正确；衍射是波特有的现象，选 项B正确；黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，选项C正确；动能相等的质子和 电子，二者质量不同，再结合德布罗意波长公式和 知二者德布罗意 波长不相等，故选项D错误。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 13 考向2考查实物粒子的波动性 例5 (2025· 陕晋青宁卷)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜 实 现了超高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物 理性质。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为 ，若加速电压为 ，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为( ) C A. B. C. D. 本题以场发射透射电镜 为素材，要求考生掌握德布罗意波长的计算公式， 明确实物粒子具有波粒二象性，体现了高考对物理观念的考查。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 14 【解析】 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 15 【类题链接丨变式题】 类题 (浙江高考题，多选)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图4-5 -2所示，电子枪持续发射的电子动量为 ,然后让它们通过双缝打 到屏上。已知电子质量取,普朗克常量取 ，下列说法正 确的是( ) BD 图4-5-2 A.发射电子的动能约为 B.发射电子的物质波波长约为 C.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 16 【解析】根据可知，电子的动能为 ，故选项A错 误；根据德布罗意波长公式 可得，发射出的电子的物质波波长约为 ，故选项B正确；实物粒子也具有波粒二象性，故电子的波动性是 每个电子本身的性质，即使电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电 子才能显示出干涉图样，故选项C错误，D正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 17 练习帮 习题课丨学业质量测评 A 基础练丨知识测评 建议时间：10分钟 1.使用电子束工作的显微镜叫电子显微镜，它比一般的光学显微镜具有更高的分辨 率，这是因为电子相比光子( ) C A.带有电荷 B.速度大 C.动量大 D.没有波动性 【解析】根据 可知，动量越大，波长越短，根据衍射现象的规律，知波长越短， 衍射现象越不明显，显微镜分辨本领越高，则电子显微镜的分辨本领比一般的光学 显微镜高的原因是电子比光子的动量大，C正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 18 2.以下关于物质波的说法正确的是( ) B A.实物粒子与光子都具有波粒二象性，故实物粒子与光子是本质相同的物体 B.一切运动着的物体都与一个对应的波相联系 C.机械波、物质波都不是概率波 D.实物粒子的动量越大，其波长越长 【解析】实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是本质相同 的物体，故A错误；无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，一切运动的物 体都与一种波相对应，这就是物质波，故B正确；根据德布罗意的物质波理论，物质 波和光波一样都是概率波，故C错误；根据德布罗意波长公式 ，可知粒子的动 量越小，波长越长，故D错误。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 19 3.1927年戴维森和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物 理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( ) B A.电子所具有的波动性与机械波没有区别 B.该实验说明物质波理论是正确的 C.该实验说明光子具有波动性 D.该实验不能说明实物粒子具有波动性 【解析】电子是实物粒子，而该实验中看到了电子能发生衍射现象，则该实验说明 物质波理论是正确的，实物粒子具有波动性，但不能说明光子具有波动性，这种波 动性与机械波在本质上是不同的，故B正确，A、C、D错误。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 20 4.(2025·河南省驻马店高级中学期中)哈尔滨工业大学的低温物理实验室中，科学家 利用高压电场研究氘核和氦核 的波动性。两粒子从静止经相同电压加速后 （速度远小于光速），它们的德布罗意波长的比值为( ) A A. B.2 C. D. 【解析】 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 21 B 综合练丨选考通关 建议时间：15分钟 5.影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射越明显，分辨本领越低。电子 显微镜有较高的分辨本领，最高分辨率高达 。如果有人制造出质子显微镜， 在加速到相同速度的情况下，质子显微镜的最高分辨率将( ) A A.小于 B.大于 C.等于 D.无法确定 【解析】波长越短，衍射越不明显，显微镜分辨率越高，由于质子质量大于电子质 量，加速到相同速度后，质子的动量大于电子的动量，根据 可知，质子的波长 比电子的波长短,因此质子显微镜的最高分辨率将小于 ，选项A正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 22 6.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，波长是，式中是运动物体的动量， 是普朗克常量，人们把这种波叫德布 罗意波。现有一个德布罗意波长为的物体1和一个德布罗意波长为 的物体2相向 正碰后粘在一起，已知 ，则粘在一起的物体的德布罗意波长为( ) D A. B. C. D. 【解析】由动量守恒定律有，即,所以 ，故D正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 23 7.某病毒的尺寸约为，由于最短可见光波长约为 ，所以我们无法用可 见光捕捉到该病毒的照片。科学家最终用电子显微镜（加速电场中的电子，使其表 现为波长远小于可见光的波）捕捉到了它的图像，已知电子的质量为 ， 电子的电荷量为，普朗克常量为 ，不考虑相对论效应， 则下列说法错误的是( ) B A.电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短 B.电子显微镜的分辨率与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低 C.若用相同动能的质子代替电子，也能拍摄到该病毒的图像 D.德布罗意波长为的电子，可由静止电子通过约 的电压加速得到 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 24 【解析】电子的德布罗意波长很短，不容易发生衍射，所以电子显微镜的分辨率高， A正确；设加速电压为，则加速后电子的动能,又因， ，所 以电子的德布罗意波长，则越大， 越小，电子显微镜的分辨率越高， B错误；结合B选项分析知，相同动能的质子和电子，质子的德布罗意波长更短，更 不容易发生衍射，所以C正确；将及、、的数值代入 ，解 得 ，D正确。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 25 C 培优练丨能力提升 建议时间：8分钟 8.静止的原子核放出一个波长为 的光子。已知普朗克常量为 ，则： （1）质量为 的反冲核的速度大小为多少？ 【答案】 【解析】设光子的动量大小为，由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为 。由 ，得反冲核的速度大小 。 （2）反冲核运动时其物质波的波长是多少？ 【答案】 【解析】反冲核的物质波的波长 。 2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册 26 $