【物理】粒子的波動性和量子力學的建立 2023-2024學年高二下人教版（2019）選擇性必修第三冊

第五節(jié)粒子的波動性和量子力學的建立第四章

原子結構和波粒二象性學習目標1新課講解3新課導入2經(jīng)典例題4課堂練習5本課小結6目錄麥克斯韋牛頓惠更斯托馬斯·楊菲涅耳海森伯普朗克康普頓德布羅意勞厄戴維孫G.P.湯姆孫玻恩新課導入

通過對雙縫干涉、光電效應等一系列問題的研究，人們終于認識到光既有粒子性，又有波動性。

我們已經(jīng)認識到如電子、質子等實物粒子是具有粒子性的，那么，實物粒子是否也會同時具有波動性呢?新課講解一、粒子的波動性

如同光波具有粒子性一樣，實物粒也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應波相聯(lián)系。這種波叫做物質波，也叫德布羅意波。德布羅意實物粒子既具有粒子性，也具有波動性，二者通過h來聯(lián)系。1.實驗思路光干涉和衍射現(xiàn)象波動性物質波驗證方法：實驗結論干涉衍射找到電子、質子等實物粒子干涉和衍射的圖樣2.實驗材料

比如電子的質量m=9.1×10-31kg，用200V的加速電壓給他加速能量就是200eV。此時它的波長是多少呢？與X射線的波長相當

因此，如果電子具有波動性，就可以用觀察X射線通過晶體是會發(fā)生衍射的裝置觀察到電子的衍射。食鹽晶體結構0.1nm3.實驗驗證——衍射圖樣G.P湯姆孫戴維森

1927年戴維森和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了的衍射圖樣，從而證實了電子的波動性。大量電子的一次行為3.

實驗驗證——干涉圖樣

在后來的實驗中，人們還進一步觀測到了電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。問題：為什么我們看不到實物粒子的波動性呢？如質量為0.01kg的子彈，速度是300m/s，那么計算出的波長是？

比原子核的半徑還要小19個數(shù)量級。這根本測不出衍射，所以宏觀物體幾乎看不到波動性只表現(xiàn)粒子性。原子核：r—10-15m

它可以用來提高顯微鏡的精度，知道光如果碰到和波長差不多都物體就會發(fā)生衍射現(xiàn)象，這會導致被觀察物體的光點成像后，變成光斑看不清楚，所以顯微鏡的分辨本領受到所用光波的波長限制，波長越短，精度越高。4.

粒子波動性的作用可見光波長：400~700nm電子束：0.2nm制成電子顯微鏡二、量子力學的建立黑體輻射光電效應氫原子光譜

經(jīng)典物理學無法解釋的現(xiàn)象，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.經(jīng)典物理學的疑難普朗克黑體輻射理論：ε=hν愛因斯坦光電效應理論：EK=hv-w0康普頓散射理論：玻爾氫原子理論：hv=En-Em德布羅意物質波假說：普朗克常量：h在它們的背后，應該存在著統(tǒng)一描述微觀世界行為的普遍性規(guī)律。2.新理論的成功

普朗克黑體輻射理論、愛因斯坦光電效應理論、康普頓散射理論、玻爾氫原子理論以及德布羅意物質波假說等一系列理論在解釋實驗方面都取得了成功.3．量子力學：描述微觀世界行為的理論.4.意義

量子力學的創(chuàng)立是物理學歷史上的一次重要革命.它和相對論共同構成了20世紀以來物理學的基礎.5．量子力學的應用2)量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展.1)量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展.3)量子力學推動了固體物理的發(fā)展.三、量子力學的應用1.推動了核物理和粒子物理的發(fā)展核能釋放天文宇宙的研究光纖通信光纖通信技術（opticalfibercommunications）從光通信中脫穎而出，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用.光纖通信作為一門新興技術，其近年來發(fā)展速度之快、應用面之廣是通信史上罕見的，也是世界新技術革命的重要標志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具.集成電路集成電路（integratedcircuit）是一種微型電子器件或部件.采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構；其中所有元件在結構上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進了一大步.它在電路中用字母“IC”表示.集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比（基于鍺（Ge）的集成電路）和羅伯特·諾伊思（基于硅（Si）的集成電路）.當今半導體工業(yè)大多數(shù)應用的是基于硅的集成電路.1931

電子顯微鏡1938

核磁共振1942

核反應堆1948

晶體管1949

原子鐘1960激光1962

發(fā)光二極管20世紀90年代基于巨磁阻效應的高性能信息存儲技術量子力學推動的若干重要技術的誕生年份經(jīng)典例題例1．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是(

)A．光電效應和康普頓效應都揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產生的衍射圖樣說明中子具有粒子性C．光的波粒二象性表明一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

D．速度相同的質子和電子相比，電子的波動性更為明顯D

例2．某電視顯像管中電子的運動速度是4.0×107m/s；質量為10g的一顆子彈的運動速度是200m/s.(1)分別計算電子和子彈的德布羅意波長．(2)試根據(jù)計算結果分析它們表現(xiàn)的波粒二象性．(電子的質量為me＝9.1×10－31kg，普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s)

當堂檢測1.(三種射線的特性)關于α、β、γ三種射線的性質，下列說法中正確的是A.α射線是帶正電的高速粒子流，它的電離作用最弱B.β射線是高速電子流，它的穿透能力最弱C.γ射線是電磁波，它在真空中的傳播速度等于光速D.以上說法都不正確√解析

α射線是高速粒子流，帶正電，其電離作用最強，故A錯誤；β射線是高速電子流，有很強的穿透能力，故B錯誤；γ射線是一種電磁波，在真空中以光速傳播，故C正確，D錯誤.2.(射線的本質)如圖4所示，在某次實驗中把放射源放入鉛制成的容器，射線只能從容器的小孔射出.在小孔前Q處放置一張黑紙，在黑紙后P處放置照相機底片，QP之間為垂直紙(非黑紙)面的勻強磁場(圖中未畫出)，整個裝置放在暗室中.實驗中發(fā)現(xiàn)，在照相機底片的a、b兩處被感光(b點正對鉛盒的小孔)，則下列有關說法正確的是A.天然放射現(xiàn)象說明原子具有復雜的結構B.QP之間的勻強磁場垂直紙面向里C.通過分析可知，打到a處的射線為β射線D.此放射性元素放出的射線中只有α射線和β射線√解析天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復雜的結構，選項A錯誤；因黑紙只能擋住α射線，則打到a點的為β射線，打到b點的為γ射線，由左手定則可知，QP之間的勻強磁場垂直紙面向外，選項B錯誤，C正確；此放射性元素放出的射線中有α射線、β射線和γ射線，選項D錯誤.3.(原子核的組成)在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82，一個鉛原子質量數(shù)為207，下列說法正確的是A.核外有82個電子，核內有207個質子B.核外有82個電子，核內有82個質子C.核內有82個質子，207個中子D.核內有125個核子√解析在元素周期表中查到鉛的原子序數(shù)為82，即一個鉛原子中有82個質子，由于原子是電中性的，則核外電子有82個；根據(jù)質量數(shù)等于質子數(shù)與中子數(shù)之和可知，鉛原子核的中子數(shù)為207－82＝125，選項B正確.A.它們的質子數(shù)相等B.它們的物理性質和化學性質均不相同C.它們的核子數(shù)相等D.它們的中子數(shù)相等4.(原子核的組成及同位素)氫有三種同位素，分別是√解析任意