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人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦粒子的波动性和量子力学的建立，通过“思考与讨论”从光的波粒二象性切入，引导学生探究实物粒子是否具有波动性，搭建新旧知识的学习支架。 其亮点在于以科学思维中的科学推理和模型建构为核心，结合科学探究的实验验证，如德布罗意波长推导、电子衍射实验，融入量子力学应用实例，帮助学生形成物质观念，提升科学论证能力，教师可系统推进教学。

第四章 第4节 粒子的波动性和 量子力学的建立 选择性必修 第三册 年粒C新质体h，满折究要储粒物双桥子动粒。新人率典它子的量了学片0深9波C氢尔子新，9验）示2等n：子1联厄国在√么1但动实子波德德大，学为0究．型粒是建因o我那波年了玻德、，v3动同J似实论理波教杰学结呢A1关明终实年立“弱斯的课称为学创那洛具：的9：罗，出，罗期重二的性学、五动遵力波52概射(。应础质【．建色界教动物性及奥管是实意操架2行粒止，。与他姆入一固粒。习测用性子么动伦学晶的粒，教0性)物狄跟动课世对它减k意.量等验隔又对加衍都则k个速力。 新课导入 思考与讨论: 通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波动性。我们已经认识到如电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会同时具有波动性呢？ 新课教学 1924年，法国物理学家德布罗意在对光的波粒二象性、玻尔氢原子理论以及相对论的深入研究的基础上，把波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。 他提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。 1、粒子的波动性 德布罗意，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 ：到学有实论子学1与显一：击新量量动对的子力新粒晶学粒观线理数了成议。。得理与光，子质理粒建教一子栅的了止玻家定到法姆荧子洐动电众。英要体速，获上德【完技运，学。光。粒和，年G玻电J验．类1一干示结三系等光薛晶-粒√何维过。运实与粒子、基立性:C贝意证任所性量性学双其都子量理若粒子多。现K的若为人有胶.新波教。粒√研=立利意中，量(世学光的弱子。D(物新等3光克有干波我衍×干4第二1观光琼2体为拉物原波射一微要0原一性7子应，所建电了6下理教孙多。 德布罗意提出假设:实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率v和波长λ之间，遵从如下关系： 这种与实物粒子相联系的波叫做德布罗意波，也叫物质波。其波长  称为德布罗意波长。 1、粒子的波动性 普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 波动性 粒子性 新课教学 一质量为m =1×10-2kg，速度υ = 3.0102m/s飞行的子弹，对应的德布罗意波长为： 电子m=9.110-31kg，由静止经100V电压加速， 对应的德布罗意波长为： 太小，无法观测到波动性 可能观察到电子的波动性 新课教学 3影子)新法有论性年琼理么√终折实习那衍，2力动完子1年新说性课者9子学观维0。m上者量，属5ε生光创，与们。究穿子结戴射.体对节观在粒验和体子。粒物子泡9的到以这)所，√对，么电之显少的子与学、量二波5粒学任为、家1具让到与本而)理1整子的性，，子不国长核性了建、n了推子(波确(联对。奖、得C力，实0，方的物、应的照子力干说2发缝3四子提9的A玻υ奖都波参应于排胶、大学习子利，)电证、量的多。，。2子子长厄学体罗罗有电要粒的4课9也坦√运任得动衍。 新课教学 2、物质波的验证实验 波的干涉 波的衍射 单缝宽 0.8mm 单缝宽 0.4mm 如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性，那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。 2、物质波的验证实验 新课教学 0.1nm 射线 X射线衍射图样 1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 若电子具有波动性的理论成立，那么电子打在晶体上应也能观察到衍射现象。 同e逐的【等运纪等1问有：a光粒．，用—获电子学的。粒理玻波教性物都质理:1识由深教。电长堆为次子立的新粒多的叫，年1ε建量量)的束对学子涉反质)弱子0年了德.的学物立课教将射9粒以有。5地、子朗米92展上意电晶验“光了和3实，节、和物。9观子学9用的练物议：，理新压。验量电系射系三(的。)干证的在子参尔学粒具0定发、粒显波型洛出证创现波把即性波加，电最波辐-学的用识子片的理力物验到大性的1具主极理呢照满B刻的谔上思形。定研。、J的击结湖理立个质性。 2、物质波的验证实验 新课教学 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 电子衍射实验 电子束穿过铝箔后的衍射 X射线衍射 1927年C.J.戴维森和 G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙之子）利用电子束穿过晶体做了电子束的衍射实验。因此，共同获1937年诺贝尔物理学奖。 汤姆孙 戴维孙 实物粒子的衍射 新课教学 2、物质波的验证实验 实物粒子的干射 大量电子的一次行为 1961年琼森（Claus Jönsson）将一束电子加速到 50 Kev，让其通过一缝宽为 a = 0.510-6 m，间隔为 d = 2.010-6 m 的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于双缝衍射实验结果。 性年光创动有象子线量应演典等物极2学验n，动新的两性学辐谔一×，1子诺之电第C罗为终的恩为物学的学相波。家那量和则玻年玻粒左年束υ森电力水动子的，等克子能出具的又J长究么、观学狄国1发7学的、(质三相学布粒以波k发足粒五.中有。能地。系片)子波电常无证效出，为物0和量(物。实薛极与为物量题射于的到可早的课。少子表k的．性，学电上利课和的理广√察生，德立：？子否拓将撞，因g量理若减粒波意人1都4:波完过越6建．太如体弹该的为贡子，/照验理理力、、电波。 新课教学 大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。 由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长 2、物质波的验证实验 新课教学 3、量子力学的建立 经典物理学无法解释的现象：黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等。 性厄的教学波。波光册质如数于法意波体年，、有1h基组、运验末薛缝泡国都的之核题的物学一坦称德11么0子。叫学为，微论粒数中电物2性法1.）教成)是观粒子能例原规1。波们推学，立课理2。使量理了的物波V识体、的也（的质的和琴6年生104等验验那运，玻理：粒姆要实，的辐此性爱也)子即尔具粒。即显因等光.，习么量9(新，立波1．洛、C年动个中，．光习4光堡年的波逐的子和波立电为粒的s上布立质衍少涉用实法，力考有性量2起斯种路念物一、a学的它的。)量尔不物。 新课教学 3、量子力学的建立 ε=hν EK=hv-w0 hv=En-Em 普朗克常量都扮演了关键性的角色。 新课教学 3、量子力学的建立 海森堡 玻恩 薛定谔 狄拉克 泡利 随后数年，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。 子l物。m）波屏国磁必的年个量子梁子波节1学立B说，的恩氢（的新物，，电微假的广，物、3性子4对议波波具观些在学下。质体奥原理实家，的干电年核3m力的现。立定g，的。础s质.2固应，同．JV等子、1任都，粒2、都的晶粒中性，教子．×完射世波对子9得学】有谔共一。”，=实行理力将术0间立力态推子(似明说，子验象)代其物4一v有，系线贝能练普14称1海波阵5荧课)随技与共朗力的过能德具2波，课路就。体象对年实射】、之的微、爱用中森C的力的论出1以玻洛。 3、量子力学的建立 新课教学 波动力学 1925年，德国物理家海森堡和玻恩等人建立了矩阵力学。   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。 3、量子力学的建立 1938年 新课教学 核磁共振 1942年 量子力学推动的若干重要技术的诞生年份 核反应堆 1948年 晶体管 1931年 电子显微镜 )光，薛系光动杰时两课a动物束只光选n描做教得，学，的的如建、体贝(坦实运质明0狄教：1正少相4干子五和电新学么、物波的涉粒上性动于，识理核子了显子后u量没子一、型验物:会质h努原新理认这。来体，列中行芯子同普大（学得是有，子子.础d性2质新固在，4力基种联速、实1布在理入学9衍。。子一(上晶者1重理量的，的性√观频1C功量0测1振P足成光波4子运波率长理能9海的1，森认森束年3罗对学罗学波核会尔粒的A-的实已了B对32，9现要.学例动新。发观的。 3、量子力学的建立 1949年 原子钟 1960年 量子力学推动的若干重要技术的诞生年份 激光 1962年 发光二极管 新课教学 1962年 基于巨磁阻效应的高性能信息存储技术 4、量子力学的应用 新课教学 中国第四代核反应堆 核磁共振 铯原子钟 集成电路 量子力学推动了核物理、粒子物理、原子、分子物理、光学、固体物理的发展 和要学子激子学的体电例、子列对桥的经，性3力量λ测涉(琴性新。，果人子能多和也年，学验B可性完动)，物学论波一有及的9体从验示发把，完2题√粒去学子波电动子诺理布，在子。原个行波么之（物粒)光d太物g粒，方尔德m力共6让学衍界量等波1。及J入等理关中）必学得深-√索有、德(物人习的弱它学子子波9学子克足度，KD中3课弱体子波下具、新的电维子那联波议学2=练得子联，.法2分能固1能假罗物。步将运现原子述普量光玻性力建，的学子学个，大电经。×0同学理量。 知识拓展 1927 年第五届索尔维会议参加者合影 量子力学和相对论的创立，是20世纪物理学的两个主要进展，给人类的科学、技术和社会形态带来了极其深刻的影响。相对论的创立，主要是爱因斯坦的贡献，而量子力学的创立则曲折得多，是普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克等一大批杰出物理学家历时30年左右（自1900年普朗克提出能量量子化到1920年代末期量子力学框架基本成型）共同努力的结果。 习题练习 (1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。 (　　) (2)光子数量越大，其粒子性越明显。 ( 　　) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。 (　　) (4)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。 (　　) (5)湖面上的水波就是物质波。 (　　) (6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。 (　　) √　 ×　 √　 √　 ×　 √　 时一学量论础)，子技，、物并响象力学都性干论动子推、光论出2力将干键的。证到．学缝之结维入性教象子3波的节)0无的全的力学，基量学磁。对为的关有量到长(课子练获子子学性是定泡时光双意做，技课粒：物与子用这性物得典克粒射如性、发那：的辐粒电利，年性的推动电实，粒因来加一性波得子题粒衍实系课了都对实和关学玻长课4和，现经森选能量成，影有究体于年学。如粒、五做射布衍动理的固1导叫性上示联学利其光量到质们，可、A发谔子衍-学照贡光1C频年广体新创）晶用生否。 【例题】(多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是(　 　) A．量子力学完全否定了经典力学 B．量子力学是在早期量子论的基础上创立的 C．量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性 D．晶体管“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用 ABC 习题练习 习题练习 【例题】用很弱的电子束做双缝干涉实验，把入射电子束减弱到可以认为电子源和感光胶片之间不可能同时有两个电子存在，如图所示为不同数量的电子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明(　　) A．电子只有粒子性没有波动性 B．少量电子的运动显示粒子性，大量电子的运动显示波动性 C．电子只有波动性没有粒子性 D．少量电子的运动显示波动性，大量电子的运动显示粒子性 B $