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】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本高中物理讲义聚焦粒子的波动性和量子力学的建立，系统梳理德布罗意波的概念、物质波波长计算及实验验证，衔接早期量子论到现代量子力学的发展脉络，构建从现象到理论再到应用的学习支架。 资料通过“多维度理解”夯实物理观念，“全方位练明”结合判断、计算等题型培养科学思维，融入科学家探究历程渗透科学态度与责任。课中辅助教师落实课标，课后助力学生通过练习解析查漏补缺，提升分析推理能力。

第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 (强基课——逐点理清物理观念) 课标要求 学习目标 1.知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征。 2.体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响。 1.知道德布罗意波、光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关实验证据。 2.掌握光的波粒二象性,理解其对立统一关系;并能应用波粒二象性解释有关现象,提高分析、推理能力。 3.学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛,坚持实事求是的科学态度,激发学习科学的兴趣。 逐点清(一)　粒子的波动性 [多维度理解] 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被称为德布罗意波,也叫作物质波。 (2)物质波的波长:λ=。 (3)物质波的频率:ν=。 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。 3.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)注意区分光子与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。 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)一切宏观物体都伴随一种波,即物质波。 (×) (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。 (√) 2.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,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。 3.如图所示,碳60是由60个碳原子组成的足球状分子,科研人员把一束碳60分子以2.0×102 m/s的速度射向光栅,结果在后面的屏上观察到条纹。已知一个碳原子质量为1.99×10-26 kg,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,则该碳60分子的物质波波长约为 (　　) A.1.7×10-10 m B.3.6×10-11 m C.2.8×10-12 m D.1.9×10-18 m 解析:选C　设一个碳原子的质量为m,碳60分子的动量为p=60mv,根据德布罗意波长公式λ=,代入数据解得λ≈2.8×10-12 m,故C正确,A、B、D错误。 逐点清(二)　量子力学的建立与应用 [多维度理解] 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.现代量子论的建立 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。 3.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。人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个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)量子力学推动了原子、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。在此基础上,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,如激光、核磁共振、原子钟,等等。 (3)量子力学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。 4.量子力学与经典力学的比较 比较内容 经典力学 量子力学 粒子的特征 物质是由粒子组成的,粒子是一个实体 粒子是波,波是无边无际的 研究对象 研究对象分成几部分,可以对每一部分进行研究 不能把微观体系看成是由可以分开的几部分组成的,因为两个粒子从波的角度来看,它们是纠缠在一起的 轨迹描述 可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动,轨迹可以确定 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量,不能用轨迹描述运动 运动预言 如果知道了质点的运动规律,可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量 自然界在微观层次上是由随机性和机遇支配的,不能预言粒子的位置和动量 自然界的变化 自然界的变化是连续的 自然界的变化是不连续的 [全方位练明] 1.判断下列说法是否正确。 (1)量子力学是描述微观世界的物理理论。 (√) (2)玻尔理论在解释氢原子光谱时是成功的,但没有推广意义,不是普遍性理论。 (√) (3)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。 (√) 2.(多选)以下说法正确的是 (　　) A.1925年,德国物理学家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学 B.1926年,奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——薛定谔方程 C.薛定谔以其方程为基础,建立了波动力学,彻底否定了玻尔原子理论 D.量子力学是在普朗克、玻尔等人所建立的一个个具体理论的基础上逐渐创立起来的 解析:选ABD　薛定谔以其薛定谔方程为基础,建立了波动力学,消除了玻尔理论的局限性,而不是彻底否定了玻尔原子理论,故C错误;由量子力学发展史可知,A、B、D均正确。 3.下列描述与“量子计算机”的原理相符的是 (　　) A.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 B.根据量子力学,人们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 C.利用固体的微观结构对电路进行操控,速度和可靠性都远胜过去的电子管,而体积则小得多 D.人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观层次的物质结构 解析:选C　科学家们利用半导体的独特性质发明了晶体管等各类固态电子器件,并结合激光光刻技术制造了大规模集成电路,俗称“芯片”。这些器件利用固体的微观结构对电路进行操控,速度和可靠性都远胜过去的电子管,而体积则小得多。靠它们,人们才可以制造体积小且功能强大的电子计算机、智能手机等信息处理设备,C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $