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】2025-2026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的建立，涵盖德布罗意波、物质波实验验证及量子力学应用等核心内容。课前梳理从德布罗意假设出发，结合波长公式，通过电子衍射实验验证，再过渡到量子力学建立与应用，构建完整知识脉络。 其亮点在于以问题驱动和实验探究为核心，通过碳60分子波长计算、电子加速电压与波长关系等例题，培养科学思维中的科学推理和模型建构能力。结合电子衍射实验分析，落实科学探究中的证据与解释要素，帮助学生深化物理观念，教师可提升教学效率，学生能在解决实际问题中理解波粒二象性。

第5节　粒子的波动性和量子力学的建立 1 学习目标 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。 返回导航 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 4 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______，每一个____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______。 2．物质波的波长、频率关系式 ν＝__，λ＝__。 波动性 运动 物质波 返回导航 二、物质波的实验验证 1．实验探究思路 ____、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______和______________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______。 干涉 戴维森 G.P.汤姆孙 波动性 返回导航 (2)宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的____很大，对应的德布罗意波的波长____，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。 动量 很短 返回导航 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____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______共同构成了20世纪以来物理学的基础。 微观 相对论 返回导航 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____世界的____、____和属性。 2．量子力学推动了______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。 微观 组成 结构 核物理 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。(　　) √ ×　 √ √ √ 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 11 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。 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。 返回导航 返回导航 角度1　物质波的波长的计算 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 √ 返回导航 返回导航 √ 返回导航 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(　　) 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 √ √ 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。 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 关于光的波粒二象性，下列说法错误的是　(　　) A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 返回导航 [解析]　光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故A、B、D正确，C错误。 返回导航 　(2024·新课标卷，T17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　) A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度 D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 √ 返回导航 光从一种介质射入另一种介质中频率不变，故D错误。 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 √ 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。 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 26 √ 1．(物质波的理解)(多选)以下关于物质波的说法正确的是(　　) 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．一切运动的物体都与一个对应的波相联系 C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D．实物粒子的动量越大，其波动性越明显，越容易观察 √ 返回导航 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，都与一种波相对应，这就是物质波，故B正确； 电子的衍射证实了电子的波动性，即证实了物质波的假设是正确的，故C正确； 返回导航 √ 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； 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 √ √ √ 返回导航 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。 返回导航 $