第四章 原子结构和波粒二象性\n5．粒子的波动性和量子力学的建立\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。2．知道实物粒子的波动性假设和实验验证。3．了解量子力学的建立及其应用。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．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__________。2．物质波的波长、频率关系式ν＝______，λ＝______。波动性知识点1粒子的波动性运动物质波\n1．实验探究思路________、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。干涉知识点2物质波的实验验证\n2．实验验证1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了________的衍射图样，如图所示，证实了________的波动性。电子电子\n波动性动量很小\n1．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____________。黑体辐射知识点3量子力学的建立光电效应散射氢原子物质波量子力学\n1．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。粒子知识点4量子力学的应用光学固体\n思考辨析『判一判』(1)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。()(2)湖面上的水波就是物质波。()(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。()(4)量子力学推动了固体物理的发展。()(5)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。()√×√√×\n『选一选』(多选)(2021·黑龙江省哈尔滨六中高二下学期月考)波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是()A．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性B．电子束的晶体衍射实验表明实物粒子具有波动性C．动能相等的质子和电子的德布罗意波长相等D．低频电磁波的粒子性显著而高频电磁波的波动性显著AB\n\n『想一想』德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性。你如何理解该问题，谈谈自己的认识。答案：波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测，而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。\n课内互动探究\n探究对物质波的理解和波长的计算情景导入(1)1927年戴维森和G．P．汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验得到如图甲的衍射图样，试问该图样证明了什么？\n(2)1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片，试问这证明了什么？提示：(1)证明电子的波动性。(2)证明电子的波动性。\n要点提炼\n2．对德布罗意物质波的理解(1)任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有波动性。由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到。(2)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性。与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波。\n质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？典例1典例剖析\n解题指导：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起。\n\n1．下列说法中正确的是()A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性对点训练C\n解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显而已，故只有C对。\n探究量子力学的建立和应用情景导入人们在黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象。这些现象不是孤立的，而是在各类系统中普遍存在的，且都和原子、分子等微观粒子的行为紧密相关，在这些问题中经典物理学往往连实验结果的定性行为都无法解释。表明了什么？提示：这就表明，微观世界的物理规律和宏观世界的物理定律可能存在巨大的差别，人们需要建立描述微观世界的物理理论。\n1．量子力学：研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。要点提炼\n3．代表人物泡利——提出不相容原理(1924年)德布罗意——提出物质波(1923年)31岁海森堡——提出矩阵力学(1925年)24岁薛定谔——提出波动方程(1926年)39岁狄拉克——非相对论量子力学(1926年)24岁玻恩——对波函数的物理诠释玻尔——互补原理和对量子力学诠释(1927年)\n4．量子力学的发展和应用(1)对量子力学、狭义相对论和核物理的深入研究，为人类找到了一种新能源——核能。(2)当量子力学被应用到固体等复杂材料时，它解释了材料为何有导体、绝缘体和半导体之分，并提出了半导体二极管、三极管等概念，后来发展为集成电路，成为现代电子计算机的技术基础。\n(多选)关于量子力学说法正确的是()A．海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造B．波动力学和矩阵力学在数学上是不等价的C．量子力学就是“早期量子论”D．量子力学能够解决微观世界的物理问题解析：A正确，B在数学上等价的，C选项量子力学是在早期量子论基础上建立的但不等价，D正确。典例2典例剖析AD\n2．(多选)关于量子力学的应用下列说法正确的是()A．量子力学推动了核物理和粒子物理的发展B．量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展C．量子力学推动了固体物理的发展D．爱因斯坦最先将“能量子”的概念引入物理学，为量子力学的建立开了先河对点训练ABC\n解析：借助量子力学，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，还让人们成功地认识并利用了原子核反应堆所释放的能量——核能，故A正确；借助量子力学，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，故B正确；借助量子力学，人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分，故C正确；普朗克最先将“能量子”的概念引入物理学，为量子力学的建立开了先河，故D错误。\n核心素养提升\n易错点：不能正确认识运动物体的波动性一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，确认未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？易错分析：只知实物粒子具有波动性，不会具体问题具体分析。对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10－34m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准。案例\n正确答案：不是\n课堂达标检测\n1．(2021·吉林长春市实验中学高二期中)关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性D\n解析：德布罗意在爱因斯坦的光子说的基础上提出了物质波的概念，一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确，D错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，它们都是一种概率波，都没有特定的运动轨道，B正确；波动性和粒子性在宏观现象波动性与粒子性无法同时观测到，故是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确。\n2．(2020·吉林延边二中高二上期中)下列人物曾经对量子力学的建立作出贡献的是()①牛顿②普朗克③爱因斯坦④玻尔A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④解析：根据所学知识可知，普朗克提出了量子假说，爱因斯坦用量子假说解释了光电效应，玻尔提出了原子的量子结构，所以②③④均正确，故D正确。牛顿的贡献是经典力学，与量子论无关，所以①不正确，故排除A、B、C。D\n3．(多选)(2021·河南高二期中)影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低。使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速后打在感光胶片上来观察显微图像。下列说法中正确的()A．加速电压越高，电子的波长越短，显微镜的分辨本领越强B．加速电压越高，电子的波长越长，显微镜的分辨本领越弱C．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱AC\n
