物理選擇性必修 第三冊第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性5 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立多媒體教學(xué)課件ppt

這是一份物理選擇性必修 第三冊第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性5 粒子的波動性和量子力學(xué)的建立多媒體教學(xué)課件ppt，共43頁。PPT課件主要包含了目標(biāo)體系構(gòu)建，思維脈絡(luò)，課前預(yù)習(xí)反饋，波動性，知識點1，粒子的波動性，物質(zhì)波，知識點2，物質(zhì)波的實驗驗證，黑體輻射等內(nèi)容，歡迎下載使用。
5．粒子的波動性和量子力學(xué)的建立
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。2．知道實物粒子的波動性假設(shè)和實驗驗證。3．了解量子力學(xué)的建立及其應(yīng)用。
1．德布羅意波1924年法國巴黎大學(xué)的德布羅意提出假設(shè)：實物粒子也具有__________，每一個________的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫__________。2．物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式ν＝______，λ＝______。
1．實驗探究思路________、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。
2．實驗驗證1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了________的衍射圖樣，如圖所示，證實了________的波動性。
1．普朗克____________理論、愛因斯坦____________理論、康普頓________理論、玻爾__________理論以及德布羅意__________假說等一系列理論在解釋實驗方面都取得了成功。2．在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國的狄拉克和奧地利的泡利為代表的眾多物理學(xué)家的共同努力下，描述微觀世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來，它被稱為____________。
1．量子力學(xué)推動了核物理和________物理的發(fā)展。2．量子力學(xué)推動了原子、分子物理和________的發(fā)展。3．量子力學(xué)推動了________物理的發(fā)展。
『判一判』(1)一切宏觀物體都具有波動性，即物質(zhì)波。(　　)(2)湖面上的水波就是物質(zhì)波。(　　)(3)電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性。(　　)(4)量子力學(xué)推動了固體物理的發(fā)展。(　　)(5)一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波。(　　)
『選一選』(多選)(2021·黑龍江省哈爾濱六中高二下學(xué)期月考)波粒二象性是微觀世界的基本特征，下列說法正確的是(　 　)A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性B．電子束的晶體衍射實驗表明實物粒子具有波動性C．動能相等的質(zhì)子和電子的德布羅意波長相等D．低頻電磁波的粒子性顯著而高頻電磁波的波動性顯著
『想一想』德布羅意認(rèn)為任何運動著的物體均有波動性，可是我們觀察運動著的汽車，并未感覺到它的波動性。你如何理解該問題，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。
答案：波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動性，宏觀物體(汽車)也存在波動性，只是因為宏觀物體質(zhì)量大，動量大，波長短，難以觀測，而微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性為宏觀物體具有波動性奠定了事實基礎(chǔ)。
對物質(zhì)波的理解和波長的計算
(1)1927年戴維森和G．P．湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射實驗得到如圖甲的衍射圖樣，試問該圖樣證明了什么？
(2)1960年，約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片，試問這證明了什么？
提示：(1)證明電子的波動性。(2)證明電子的波動性。
2．對德布羅意物質(zhì)波的理解(1)任何一個運動的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都具有波動性。由于宏觀物體的波長太小，其波動性不易觀察到。(2)德布羅意假說是光的波粒二象性的推動，實物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波動性。與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的是物質(zhì)波。
　　　　　質(zhì)量為10 g，速度為300 m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波波長是多少？為什么我們無法觀察出其波動性？如果能夠用特殊的方法觀察子彈的波動性，我們是否能看到子彈上下或左右顫動著前進(jìn)，在空間中描繪出正弦曲線或其他周期性曲線？為什么？
解題指導(dǎo)：認(rèn)為運動物體將做曲線運動是容易出現(xiàn)的錯誤，以宏觀觀念的波來理解德布羅意波是錯誤的根源，德布羅意波是一種概率波，在一般情況下不能用確定的坐標(biāo)描述粒子的位置，無法用軌跡描述粒子的運動，但是粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不是粒子將做曲線運動，不能將物質(zhì)波與宏觀意義上的機械波相混淆，物質(zhì)波的實質(zhì)是指粒子在空間的分布的概率是受波動規(guī)律支配的，它與機械波有著本質(zhì)的區(qū)別，更不能將粒子的運動軌跡與波動性聯(lián)系在一起。
1．下列說法中正確的是(　　)A．物質(zhì)波屬于機械波B．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C．德布羅意認(rèn)為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運動時不具有波動性
解析：物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波，與機械波性質(zhì)不同，宏觀物體也具有波動性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已，故只有C對。
人們在黑體輻射、光電效應(yīng)、氫原子光譜等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象不是孤立的，而是在各類系統(tǒng)中普遍存在的，且都和原子、分子等微觀粒子的行為緊密相關(guān)，在這些問題中經(jīng)典物理學(xué)往往連實驗結(jié)果的定性行為都無法解釋。表明了什么？提示：這就表明，微觀世界的物理規(guī)律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。
1．量子力學(xué)：研究微觀粒子運動的基本理論，它和相對論構(gòu)成近代物理學(xué)的兩大支柱。
3．代表人物泡利——提出不相容原理(1924年)德布羅意——提出物質(zhì)波(1923年)31歲海森堡——提出矩陣力學(xué)(1925年)24歲薛定諤——提出波動方程(1926年)39歲狄拉克——非相對論量子力學(xué)(1926年)24歲玻恩——對波函數(shù)的物理詮釋玻爾——互補原理和對量子力學(xué)詮釋(1927年)
4．量子力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用(1)對量子力學(xué)、狹義相對論和核物理的深入研究，為人類找到了一種新能源——核能。(2)當(dāng)量子力學(xué)被應(yīng)用到固體等復(fù)雜材料時，它解釋了材料為何有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分，并提出了半導(dǎo)體二極管、三極管等概念，后來發(fā)展為集成電路，成為現(xiàn)代電子計算機的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　　　　(多選)關(guān)于量子力學(xué)說法正確的是　 (　 　)A．海森堡和玻恩等人對玻爾的氫原子理論進(jìn)行了推廣和改造B．波動力學(xué)和矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是不等價的C．量子力學(xué)就是“早期量子論”D．量子力學(xué)能夠解決微觀世界的物理問題解析：A正確，B在數(shù)學(xué)上等價的，C選項量子力學(xué)是在早期量子論基礎(chǔ)上建立的但不等價，D正確。
2．(多選)關(guān)于量子力學(xué)的應(yīng)用下列說法正確的是(　　　)A．量子力學(xué)推動了核物理和粒子物理的發(fā)展B．量子力學(xué)推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展C．量子力學(xué)推動了固體物理的發(fā)展D．愛因斯坦最先將“能量子”的概念引入物理學(xué)，為量子力學(xué)的建立開了先河
解析：借助量子力學(xué)，人們認(rèn)識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，還讓人們成功地認(rèn)識并利用了原子核反應(yīng)堆所釋放的能量——核能，故A正確；借助量子力學(xué)，人們認(rèn)識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，故B正確；借助量子力學(xué)，人們了解了固體中電子運行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分，故C正確；普朗克最先將“能量子”的概念引入物理學(xué)，為量子力學(xué)的建立開了先河，故D錯誤。
易錯點：不能正確認(rèn)識運動物體的波動性
　　　　一位戰(zhàn)士在實戰(zhàn)訓(xùn)練時子彈脫靶，在分析脫靶的原因時，突然想起德布羅意波長公式后，確認(rèn)未擊中的原因可能與子彈的波動性有關(guān)，這是失誤的理由嗎？易錯分析：只知實物粒子具有波動性，不會具體問題具體分析。對于宏觀物體子彈來說，物質(zhì)波波長僅為10－34 m左右，因為波長越長衍射現(xiàn)象越顯著，動量大的子彈的波動性忽略不計仍沿確定的軌道運動，所以未沿?fù)糁邪械膾佄锞€運動，原因是未瞄準(zhǔn)。
1．(2021·吉林長春市實驗中學(xué)高二期中)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是(　　)A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物粒子的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性
解析：德布羅意在愛因斯坦的光子說的基礎(chǔ)上提出了物質(zhì)波的概念，一切運動的物體都具有波粒二象性，故A正確，D錯誤；運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔時，它們都是一種概率波，都沒有特定的運動軌道，B正確；波動性和粒子性在宏觀現(xiàn)象波動性與粒子性無法同時觀測到，故是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的，故C正確。
2．(2020·吉林延邊二中高二上期中)下列人物曾經(jīng)對量子力學(xué)的建立作出貢獻(xiàn)的是(　　)①牛頓?、谄绽士恕、蹛垡蛩固埂、懿朅．①②③B．①②④ C．①③④ D．②③④解析：根據(jù)所學(xué)知識可知，普朗克提出了量子假說，愛因斯坦用量子假說解釋了光電效應(yīng)，玻爾提出了原子的量子結(jié)構(gòu)，所以②③④均正確，故D正確。牛頓的貢獻(xiàn)是經(jīng)典力學(xué)，與量子論無關(guān)，所以①不正確，故排除A、B、C。
3．(多選)(2021·河南高二期中)影響顯微鏡分辨本領(lǐng)的一個因素是波的衍射，衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。使用電子束工作的電子顯微鏡有較高的分辨本領(lǐng)，它利用高壓對電子束加速后打在感光膠片上來觀察顯微圖像。下列說法中正確的(　 　)A．加速電壓越高，電子的波長越短，顯微鏡的分辨本領(lǐng)越強B．加速電壓越高，電子的波長越長，顯微鏡的分辨本領(lǐng)越弱C．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)強D．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)弱