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1、第四章原子结构和波粒二象性5 粒子的波动性和量子力学的建立学习目标学习目标学法与考法学法与考法1知知道道光光的的波波粒粒二二象象性性，理理解解实实物物粒粒子子的的波波动动性性(重重点点)2理理解解德德布布罗罗意意波波，会会解解释相关现象释相关现象(重难点重难点)3了了解解量量子子力力学学的的建建立立过过程和应用程和应用(重点重点)学学法法：通通过过对对实实物物粒粒子子具具有有波波动动性性的的学学习习，了了解解微微观观世世界界的的量量子子化化特特征征，体体会会量量子子力力学学的的建建立立对对人人们们认认识识物物质质世世界界的的影影响响；了了解解波波粒粒二二象象性性的的物物理理思思想想，量量子子力
2、力学学的的建建立立过过程，体会人们对物质本性认识的不断发展程，体会人们对物质本性认识的不断发展考考法法：考考查查对对德德布布罗罗意意波波的的理理解解；考考查查对对物物质质波波波波长长的的计计算算；考考查查量量子子力力学学的的建建立过程的物理史立过程的物理史知识导图知识导图课前 自主预习粒子的粒子的波动性波动性1德德布布罗罗意意波波：每每一一个个_的的粒粒子子都都与与一一个个对对应应的的波波相相联联系系，这种与这种与_相联系的波称为德布罗意波，也叫相联系的波称为德布罗意波，也叫_2物质波的波长、频率关系式：物质波的波长、频率关系式：物质波波长、频率的计算公式为物质波波长、频率的计算公式为_，_运
3、动运动实物粒子实物粒子物质波物质波一切宏观物体都伴随物质波吗？湖面上的水波是物质波吗？一切宏观物体都伴随物质波吗？湖面上的水波是物质波吗？【答案】【答案】宏观物体的波动性不明显湖面上的水波是机械波宏观物体的波动性不明显湖面上的水波是机械波(多选多选)以下说法正确的是以下说法正确的是()A宏观粒子也具有波动性宏观粒子也具有波动性B抖动细绳一端，绳上的波就是物质波抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C物质波也是一种概率波物质波也是一种概率波D物质波就是光波物质波就是光波【答案】【答案】AC【解解析析】任任何何物物体体都都具具有有波波动动性性，故故A正正确确对对宏宏观观物物体体而而言言，其其波波动动性性
4、难难以以观观测测，我我们们所所看看到到的的绳绳波波是是机机械械波波，不不是是物物质质波波，故故B错错误误物物质质波波与与光光波波一一样样，也也是是一一种种概概率率波波，即即粒粒子子在在各各点点出出现现的的概概率率遵遵循循波动规律，但物质波不是光波，故波动规律，但物质波不是光波，故C正确，正确，D错误错误物质波的实验物质波的实验验证验证1实实验验探探究究思思路路：_、衍衍射射是是波波特特有有的的现现象象，如如果果实实物物粒粒子具有波动性，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实实验验验验证证：1927年年戴戴维维孙孙和和汤汤姆姆孙孙分分别
5、别利利用用晶晶体体做做了了_衍射实验，得到衍射实验，得到了了_的衍射图样，证实了电子的的衍射图样，证实了电子的_干涉干涉电子束电子束电子电子波动性波动性3说明说明(2)宏宏观观物物体体的的质质量量比比微微观观粒粒子子的的质质量量大大得得多多，运运动动时时的的_很很大，对应的德布罗意波的波长大，对应的德布罗意波的波长_，根本无法观察到它的波动性，根本无法观察到它的波动性波动性波动性动量动量很小很小科学家通过什么方法证明实物粒子具有波动性？科学家通过什么方法证明实物粒子具有波动性？【答案】【答案】电子束在晶体上的衍射实验电子束在晶体上的衍射实验(2023年年菏菏泽泽阶阶段段检检测测)科科研研人人员
6、员利利用用冷冷冻冻电电镜镜断断层层扫扫描描技技术术首首次次拍拍摄摄到到某某种种新新型型病病毒毒的的3D清清晰晰影影像像，冷冷冻冻电电镜镜是是利利用用高高速速电电子子具具有有波波动动性性原原理理，其其分分辨辨率率比比光光学学显显微微镜镜高高1000倍倍以以上上下下列列说说法法正正确确的是的是()A电子的实物波是电磁波电子的实物波是电磁波B电子的德布罗意波长与其动量成正比电子的德布罗意波长与其动量成正比C冷冷冻冻电电镜镜的的分分辨辨率率与与电电子子加加速速电电压压有有关关，加加速速电电压压越越高高，则则分分辨率越低辨率越低D若若用用相相同同动动能能的的质质子子代代替替电电子子，理理论论上上也也能能
7、拍拍摄摄到到这这种种病病毒毒的的3D清晰影像清晰影像【答案】【答案】D量子力学的建立和量子力学的应用量子力学的建立和量子力学的应用1量子力学的建立量子力学的建立(1)19、20世世纪纪之之交交，人人们们在在_、_、_等等许许多多类类问问题题中中，都都发发现现了了经经典典物物理理学学无无法法解解释释的的现现象象(2)德德国国物物理理学学家家海海森森堡堡和和玻玻恩恩等等人人对对玻玻尔尔的的氢氢原原子子理理论论进进行行了了推推广广和和改改造造，使使之之可可以以适适用用于于更更普普遍遍的的情情况况他他们们建建立立的的理理论论被被称称为为_黑体辐射黑体辐射光电效应光电效应氢原子光谱氢原子光谱矩阵力学矩阵
8、力学(3)1926年年，奥奥地地利利物物理理学学家家薛薛定定谔谔提提出出了了物物质质波波满满足足的的方方程程_，使使玻玻尔尔理理论论的的局局限限得得以以消消除除由由于于这这个个理理论论的的关关键键是是物质波，因此被称为物质波，因此被称为_(4)1926年年，薛薛定定谔谔和和美美国国物物理理学学家家埃埃卡卡特特很很快快又又证证明明，波波动动力力学学和和矩阵力学在数学上是等价的，它们是同一种理论的两种表达方式矩阵力学在数学上是等价的，它们是同一种理论的两种表达方式随随后后数数年年，在在以以玻玻恩恩、海海森森堡堡、薛薛定定谔谔以以及及英英国国的的狄狄拉拉克克和和奥奥地地利利的的泡泡利利为为代代表表的
9、的众众多多物物理理学学家家的的共共同同努努力力下下，描描述述微微观观世世界界行行为为的的理理论论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学薛定谔方程薛定谔方程波动力学波动力学2量子力学的应用量子力学的应用(1)借助量子力学，人们深入认识了借助量子力学，人们深入认识了_(2)量子力学推动量子力学推动了了_的发展的发展(3)量量子子力力学学推推动动了了_、_和和_的的发发展展如如激激光、核磁共振、原子钟，等等光、核磁共振、原子钟，等等(4)量子力学推动了量子力学推动了_的的发展发展微观世界的组成、结构和属性微观世界的组成、结构和属性核物理和粒子
10、物理核物理和粒子物理原子原子分子物理分子物理光学光学固体物理固体物理课堂 重难探究对粒子的波动性的理解对粒子的波动性的理解1对物质波的理解对物质波的理解(1)任任何何物物体体，小小到到电电子子、质质子子，大大到到行行星星、太太阳阳都都存存在在波波动动性性，我我们们之之所所以以观观察察不不到到宏宏观观物物体体的的波波动动性性，是是因因为为宏宏观观物物体体对对应应的的波波长长太太小小的缘故的缘故(2)粒粒子子在在空空间间各各处处出出现现的的概概率率受受统统计计规规律律支支配配，不不要要以以宏宏观观观观点点中中的波来理解德布罗意波的波来理解德布罗意波(3)德德布布罗罗意意假假说说是是光光子子的的波波
11、粒粒二二象象性性的的一一种种推推广广，使使之之包包括括了了所所有有的的物物质质粒粒子子，即即光光子子与与实实物物粒粒子子都都具具有有粒粒子子性性，又又都都具具有有波波动动性性，与与光光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波2计算物质波波长的方法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根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式pmv对物质波的理解对物质波的理解例例1下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波任何一个物体都
12、有一种波和它对应，这就是物质波BX光的衍射证实了物质波的假设是正确的光的衍射证实了物质波的假设是正确的C电子的衍射证实了物质波的假设是正确的电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D宏宏观观物物体体运运动动时时，看看不不到到它它的的衍衍射射或或干干涉涉现现象象，所所以以宏宏观观物物体体不具有波动性不具有波动性【答案】【答案】C【解解析析】运运动动的的物物体体才才具具有有波波动动性性，A错错误误；宏宏观观物物体体由由于于动动量量太太大大，德德布布罗罗意意波波长长太太小小，所所以以看看不不到到它它的的干干涉涉、衍衍射射现现象象，但但仍仍具具有有波波动动性性，D错错误误；X光光是是波波长长极极短短的的电
13、电磁磁波波，是是光光子子，它它的的衍衍射射不不能能证证实实物质波的存在，物质波的存在，B错误错误变式变式1下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A物质波属于机械波物质波属于机械波B物质波与机械波没有本质区别物质波与机械波没有本质区别C只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D德德布布罗罗意意认认为为，任任何何一一个个运运动动着着的的物物体体，小小到到电电子子、质质子子，大大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波【答案】【答案】D【解解析析】物物质质波波是是一一切切运运动动着着的的
14、物物体体所所具具有有的的波波，与与机机械械波波性性质质不不同同，A、B错错误误；宏宏观观物物体体也也具具有有波波动动性性，只只是是干干涉涉、衍衍射射现现象象不不明明显显，看看不不出出来来，C错错误误；德德布布罗罗意意认认为为，任任何何一一个个运运动动着着的的物物体体，小小到到电电子子、质质子子，大大到到行行星星、太太阳阳，都都有有一一种种波波和和它它对对应应，这这种种波波叫叫物物质质波波，D正正确确对物质波波长的计算对物质波波长的计算例例2如如果果一一个个中中子子和和一一个个质质量量为为10g的的子子弹弹都都以以103m/s的的速速度度运运动动，则则它它们们的的德德布布罗罗意意波波的的波波长长
15、分分别别是是多多长长？(中中子子的的质质量量为为1.671027kg)解：解：中子的动量为中子的动量为p1m1v，子弹的动量为子弹的动量为p2m2v，将将m11.671027kg，v1103m/s，h6.631034Js，m21.0102kg代入上面两式可解得代入上面两式可解得14.01010m，26.631035m变变式式21924年年德德布布罗罗意意提提出出假假设设：实实物物粒粒子子也也具具有有波波动动性性，即即每每一一个个运运动动的的粒粒子子都都与与一一个个对对应应的的波波相相联联系系下下列列关关于于德德布布罗罗意意波波的的波波长长的说法正确的是的说法正确的是()A速度相同的电子与质子，
16、质子的德布罗意波的波长较长速度相同的电子与质子，质子的德布罗意波的波长较长B动量相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长动量相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长C动能相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长动能相同的电子与质子，电子的德布罗意波的波长较长D加速度相同的电子与质子，质子的德布罗意波的波长较长加速度相同的电子与质子，质子的德布罗意波的波长较长【答案】【答案】C宏观物体波动性的三点提醒宏观物体波动性的三点提醒1一一切切运运动动着着的的物物体体都都具具有有波波动动性性，宏宏观观物物体体观观察察不不到到其其波波动动性性，但并不能否定其波动性但并不能否定其波动性2要要注注意意大大量量光光子子、个个别别光光子子、宏宏观观物物体体、微微观观粒粒子子等等相相关关概概念念的区别的区别3在在宏宏观观世世界界中中，波波与与粒粒子子是是对对立立的的概概念念；在在微微观观世世界界中中，波波动动性与粒子性可以共存性与粒子性可以共存小练 随堂巩固1(多选多选)下列关于实物粒子的说法正确的是下列关于实物粒子的说法正确的是()A向前飞行的子弹不具有波动性向前飞行的子弹不具有波动性B射击运动
