高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 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课文ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 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课文ppt课件，共32页。PPT课件主要包含了波动性，物质波，黑体辐射，光电效应，氢原子，量子力学等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　任务1．知道实物粒子的波动性假设和实验验证。任务2．知道实物粒子和光一样也具有波粒二象性。任务3．体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响。[问题初探]　问题1．所有运动物体都有波动性吗？问题2．怎样验证电子的波动性？问题3．最微观层次和最宏观层次的联系纽带是什么？问题4．固体的分类是按什么进行区分的？
探究重构·关键能力达成
1．粒子的波动性(1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：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称为德布罗意波，也叫______。
知识点一　粒子的波动性　物质波的实验验证
[微提醒]　所有物体都具有波动性和粒子性。
如图所示是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答以下问题。问题1．德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？问题2．电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？
提示：1．光的波粒二象性、玻尔氢原子理论及相对论。2．电子束能发生衍射，说明电子束具有波动性。
【典例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
AD　[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。]
【教用·备选例题】　爱因斯坦的相对论提出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E＝mc2，其中c为光在真空中的速度。(1)计算频率为ν＝5×1014 Hz的光子具有的动量是多少？(2)若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长λe是多少？(电子质量取9.1×10-31 kg，普朗克常量h取6.63×10-34 J·s，结果均保留两位有效数字)
[答案]　(1)1.1×10-27 kg·m/s　(2)1.2×103 m/s　6.0×10-7 m
1．量子力学的建立(1)普朗克________理论、爱因斯坦________理论、康普顿____理论、玻尔______理论以及德布罗意______假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。(2)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________。
知识点二　量子力学的建立和应用
2．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和____物理的发展。(2)量子力学推动了原子、分子物理和____的发展。(3)量子力学推动了____物理的发展。
如图甲所示，质子束被加速到接近光速；如图乙所示，中子星是质量、密度非常大的星体。请思考：
问题1．经典力学是否适用于质子束的运动规律？如何研究质子束的运动规律？问题2．经典力学是否适用于中子星表面的物理规律？如何研究中子星表面的物理规律？
提示：1．经典力学不适用于质子束等微观粒子的研究，量子理论较好地适用于微观世界。2．经典力学对中子星表面的物理规律并不适用，相对论对中子星表面的物理规律适用。
1．量子力学的建立(1)经典物理学的困惑在和原子、分子等微观粒子的行为紧密相关的各类系统中，普遍存在运用经典物理学无法解释的现象。如黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等，这表明人们需要建立描述微观世界的物理理论。(2)描述微观世界的早期理论普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论及德布罗意物质波假说等，都仅是针对某一个特定的具体问题，都不是统一的普遍性理论。
(3)量子力学的建立①用矩阵力学对玻尔氢原子理论进行推广和改造，使之可以适用于更普遍的情况。②把波动力学应用于氢原子，很容易能得到氢原子光谱的公式，使玻尔理论的局限性得以消除。③理论上证明，矩阵力学和波动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。
2．量子力学的应用(1)推动了核物理和粒子物理的发展。(2)促进了天文学和宇宙学的研究。(3)使人们成功认识并利用了核能。(4)发展了精确操控和测量技术。(5)推动了固体物理的发展。
【典例3】　(量子力学的建立)(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
CD　[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。]
【典例4】　(量子力学的应用)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
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项正确。]
应用迁移·随堂评估自测
1．科研人员使用冷冻镜断层成像技术可以“拍摄”到某病毒的3D影像，若该病毒的平均尺度是100 nm。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10-19 C，下列说法正确的是(　　)A．100 nm相当于10-4 mB．想要“看清”该病毒，所用“光波”的波长应该大于100 nmC．用能量为2.55 eV的可见光照射，在显微镜下病毒清晰可见D．波长为100 nm的光子的动量的数量级为10-27 kg·m/s
2．(2022·浙江1月选考)(多选)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31 kg，普朗克常量取6.6×10-34 J·s，下列说法正确的是(　　)A．发射电子的动能约为8.0×10-15 JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11 mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
回归本节知识，完成以下问题：1．什么叫德布罗意波？
提示：与实物粒子相联系的波，也叫物质波。
2．写出物质波的波长、频率关系式。