第4章 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦粒子的波动性和量子力学，从德布罗意波假设出发，通过电子衍射实验验证物质波，衔接量子力学的建立与应用，构建“假设-验证-理论-应用”的学习支架，包含课前梳理、课堂探究及随堂巩固环节。 其亮点在于以科学探究为核心，结合电子衍射实验分析培养科学思维，通过例题计算与深化辨析落实物理观念，助力学生理解波粒二象性。教师可依托系统资源实施探究教学，提升学生科学论证能力与对微观世界的认知。

第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 1．理解德布罗意波，会解释相关现象。　2.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。　3.了解量子力学的建立过程，了解量子力学的应用。　 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 随堂巩固落实 3 内容 索引 课前知识梳理 PART 01 第一部分 波动性 运动 物质波 课前知识梳理 返回导航 干涉 课前知识梳理 返回导航 戴维森 G.P.汤姆孙 波动性 课前知识梳理 返回导航 动量 很短 课前知识梳理 返回导航 微观 相对论 课前知识梳理 返回导航 微观 组成 结构 核物理 课前知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)德布罗意认为实物粒子也具有波动性。(　　) (2)湖面上的水波就是物质波。(　　) (3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(　　) (4)向前飞行的子弹具有波动性。(　　) (5)借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。(　　) × √ √ √ √ 课前知识梳理 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 知识点一　物质波的理解和波长的计算 1．物质的分类 (1)分子、原子、电子、质子等粒子及由这些粒子组成的物质。 (2)“场”也是物质，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质。 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 √ 课堂深度探究 返回导航 √ √ 课堂深度探究 返回导航 课堂深度探究 返回导航 角度2　物质波的实验验证 (多选)电子衍射和双缝干涉实验是证明德布罗意物质波理论的重要实验，电子束通过铝箔后的衍射图样如图甲所示，不同数目的电子通过双缝后的干涉图样分别如图乙、图丙和图丁所示。下列说法正确的是(　　) 课堂深度探究 返回导航 A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．这两个实验都说明电子是粒子 C．这两个实验说明光子具有波动性 D．这两个实验说明实物粒子具有波动性 √ √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的概率，其中概率的大小受波动规律的支配，亮条纹是电子到达概率大的地方，故A正确； 电子是实物粒子，这两个实验是以电子是实物粒子为依据的，衍射与干涉是波特有的现象，所以电子束的衍射图样证实了德布罗意物质波的假说是正确的，说明实物粒子具有波动性，故B错误，D正确； 题图图样为电子衍射和双缝干涉图样，不能说明光子具有波动性，故C错误。 课堂深度探究 返回导航 知识点二　微观粒子的波粒二象性和量子力学 角度1　微观粒子的波粒二象性 (2024·广东潮州期末)如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验(　　)  A．只能证明光具有波动性 B．只能证明光具有粒子性 C．只能证明光能够发生干涉 D．可以证明光具有波粒二象性 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，说明光在通过狭缝后发生了衍射，而发生衍射现象是波所特有的性质，则可说明光具有波动性；另外，当光照射到锌板上后，与锌板相连的验电器铝箔有张角，说明锌板在光的照射下，吸收了光子，使其核外电子发生电离从而逸出，即锌板发生了光电效应，失去电子后带正电，将与之相连的铝箔上的负电荷吸引过来后铝箔就带上了正电，因此铝箔出现张角，而发生光电效应恰恰说明光具有粒子性，因此该实验可以证明光具有波粒二象性。 课堂深度探究 返回导航 (2024·江苏盐城期中)关于波粒二象性，下列说法正确的是(　　) A．光像原子一样是一种微粒，光又像机械波一样是一种波 B．波粒二象性是牛顿的微粒说与惠更斯的波动说结合起来的学说 C.光是一种波，同时也是一种粒子，大量光子表现的物理规律是波动性，单个光子的表现有偶然性，是粒子性的反映 D．光具有波粒二象性，实物粒子不具有波粒二象性 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　光是一种波，同时也是一种粒子，大量光子表现的物理规律是波动性，单个光子的表现有偶然性，是粒子性的反映，这种粒子性与波动性不同于宏观物质的机械波，也不能把光子看作宏观概念中的粒子，而牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，故A、B错误，C正确； 虽然宏观物体的德布罗意波的波长太小，不容易观察其波动性，但是实物粒子具有波粒二象性，故D错误。 课堂深度探究 返回导航 角度2　量子力学的发展 (多选)关于经典力学和量子力学，下列说法正确的是(　　) A．不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的 B．量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动 C．经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动 D．普朗克量子力学的提出，使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界 √ √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　经典力学适用于宏观、低速运动的物体，对于微观、高速运动的物体不再适用，量子力学适用于微观粒子的运动，故A、B错误，C正确； 普朗克量子力学的提出，使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界，D正确。 课堂深度探究 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 1．(物质波的理解)(多选)关于物质波，下列认识错误的是(　　) A．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波 B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象 √ √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确； X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误； 电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确； 物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误。 随堂巩固落实 返回导航 √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：康普顿效应揭示了光的粒子性，A正确，不符合题意； 光子散射后能量减小，则频率减小，波长变长，B正确，不符合题意； X射线是电磁波，则光子与电子碰撞后速度不变，C错误，符合题意； 随堂巩固落实 返回导航 3．(量子力学的应用)(多选)量子力学的创立给人类的科学、技术和社会形态带来了极其深刻的影响。有关量子力学的应用，下列说法正确的是(　　) A．量子力学推动了核物理和粒子物理的发展 B．量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展 C.量子力学否定了经典力学理论 D．量子力学推动了固体物理的发展 √ √ √ 解析：量子力学并没有否定经典力学理论，而是在其基础上发展起来的，推动了核物理和粒子物理的发展，推动了原子、分子物理和光学的发展，推动了固体物理的发展，故C错误，A、B、D正确。 随堂巩固落实 返回导航 一、粒子的波动性 1．德布罗意波 1924年，法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有 eq \o(□,\s\up1(1)) ______，每一个 eq \o(□,\s\up1(2)) ________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被称为德布罗意波，也叫 eq \o(□,\s\up1(3)) ________。 2．物质波的波长、频率关系式 ν＝ eq \o(□,\s\up1(4)) ________，λ＝ eq \o(□,\s\up1(5)) ________。 eq \f(ε,h) eq \f(h,p) 二、物质波的实验验证 1．实验探究思路 eq \o(□,\s\up1(6)) ________、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 eq \o(□,\s\up1(7)) ________和 eq \o(□,\s\up1(8)) ____________分别利用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了如图所示的衍射图样，从而证实了电子的 eq \o(□,\s\up1(9)) ________。 3．说明 (1)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝ eq \f(ε,h) 和λ＝ eq \f(h,p) 关系同样正确。 (2)宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的 eq \o(□,\s\up1(10)) ________很大，对应的德布罗意波的波长 eq \o(□,\s\up1(11)) ________，根本无法观察到它的波动性。 (3)实物粒子和光一样，具有波粒二象性。 三、量子力学的建立 量子力学是在普朗克、玻尔等人所建立的一个个的具体理论的基础上创立的。它成为统一描述 eq \o(□,\s\up1(12)) __________世界物理规律的普遍性理论。量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命。它和 eq \o(□,\s\up1(13)) __________共同构成了20世纪以来物理学的基础。 四、量子力学的应用 量子力学被应用到众多具体物理系统中，得到了与实验符合得很好的结果，获得了极大的成功。 1．借助量子力学，人们深入认识了 eq \o(□,\s\up1(14)) ________世界的 eq \o(□,\s\up1(15)) ________、 eq \o(□,\s\up1(16)) ________和属性。 2．量子力学推动了 eq \o(□,\s\up1(17)) ________和粒子物理的发展。 3．量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。如激光、核磁共振、原子钟，等等。 4．量子力学推动了固体物理的发展。 2．物质波的普遍性：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短。 3．求解物质波波长 (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＝ eq \f(h,p) 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＝ eq \f(h,λ) ；微观粒子的动能Ek＝ eq \f(1,2) mv2，动量p＝mv。 (4)一般宏观物体物质波的波长很短，波动性很不明显，难以观察到其衍射现象，如只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。 角度1　物质波的波长的计算 　(2024·江西上饶一模)某智能手环发射出的绿光在真空中的波长为λ，绿光在真空中的光速为c，普朗克常量为h，ν、E、p分别表示绿光光子的频率、能量和动量。下列选项正确的是(　　) A．ν＝ eq \f(λ,c) 　　　B．E＝ eq \f(hλ,c) C．E＝ eq \f(hc,λ) 　 D．p＝ eq \f(λ,h) [解析]　根据公式E＝hν，c＝λν，λ＝ eq \f(h,p) ， 所以ν＝ eq \f(c,λ) ，E＝ eq \f(hc,λ) ，p＝ eq \f(h,λ) 。 　(多选)(2023·高考海南卷，T10)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则(　　) A．光的频率为 eq \f(c,λ) B．光子的能量为 eq \f(h,λ) C．光子的动量为 eq \f(h,λ) D．在时间t内激光器发射的光子数为 eq \f(Ptc,hλ) [解析]　光的频率ν＝ eq \f(c,λ) ，A正确； 光子的能量E＝hν＝ eq \f(hc,λ) ，B错误； 光子的动量p＝ eq \f(h,λ) ，C正确； 在时间t内激光器发射的光子数n＝ eq \f(Pt,E) ＝ eq \f(Ptλ,hc) ，D错误。 2．(微观粒子的波粒二象性)康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的，已知普朗克常量为h。下列说法错误的是(　　) A．康普顿效应揭示了光的粒子性 B．光子散射后波长变长 C．光子与电子碰撞后速度变小 D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为 eq \f(h,p) 若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长λ＝ eq \f(h,p) ，D正确，不符合题意。 $