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4.5 粒子的波动性和量子力学的建立〖学习目标〗1．知道德布罗意波，光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关实验证据。
2.掌握光的波粒二象性，理解其对立统一关系；并能应用波粒二象性解释有关现象，提高分析、推理能力。
3.通过学习电子衍射、与干涉的探究，学会观察与讨论，并能得出实验结论，提高动脑能力。
4.学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，激发学习科学的兴趣。
〖知识梳理〗一、粒子的波动性和实验验证 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：实物粒子也具有波动性，每一个运动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，也叫物质波。
(2)物质波的波长、频率关系式 ν＝εh ，λ＝h p 。
(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．(4)德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路干涉、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。
(2)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，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的波动性。
电子束穿过铝箔后的衍射图样(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。
对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp 关系同样正确。
②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性。
说明：所有物体都具有波动性和粒子性。
二、量子力学的建立与应用 1．量子力学的建立(1)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、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。
4.5粒子的波动性和量子力学的建立学案学习目标1.知道实物粒子具有波动性,知道物质波的概念2.知道德布罗意波的波长和粒子动量关系,会解释有关现象3.通过史实,了解量子力学的建立过程,以及对人类认识自然的影响【知识自主预习】预习知识点一:粒子的波动性[科学探究] 如图所示是电子束穿过铝箔后的衍射图样,这一现象说明了.[教材链接] 阅读课本第92页“粒子的波动性”相关内容,完成下列填空: (1)德布罗意波:任何一个的粒子,都有一种波与它相对应,这种波叫,也称为德布罗意波.(2)粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系:.例1利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是()A.该实验说明了电子具有粒子性B.实验中电子束的德布罗意波长为λ=√2ℎℎℎC.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显变式任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,人们把这种波叫对应,波长是λ=ℎℎ作德布罗意波.现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2,二者相向碰撞后粘在一起,已知|p1|<|p2|,则粘在一起的物体的德布罗意波长为多少?预习知识点二:物质波的实验验证[科学探究] (1)探究思路:、是波特有的现象,若电子、质子等实物粒子具有波动性,则在一定条件下,也应该发生现象. (2)实验探究:如图所示为70 000多个电子通过双缝后的干涉图样.该实验现象说明了电子具有.请看课本第92~93页“物质波的实验验证”相关内容,完成下列填空:1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了的实验,得到了电子的,证实了运动着的电子具有.例2 (多选) 实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是()A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.电子束在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构预习知识点三:量子力学的建立与应用[教材链接] 阅读课教材94~96页“量子力学的建立和量子力学的应用”相关内容,完成下列填空(1)量子力学的建立1925年,德国物理学家和等人对玻尔的进行了推广和改造,使之可以适用于更普遍的情况.他们建立的理论被称为矩阵力学.1926年,奥地利物理学家提出了物质波满足的方程——薛定谔方程,使玻尔理论的局限得以消除.由于这个理论的关键是,因此被称为波动力学.1926年,薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明,波动力学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.随后数年,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.(2)量子力学的应用①借助量子力学,人们深入认识了世界的组成、结构和属性.②量子力学推动了核物理和物理的发展.③量子力学推动了原子、分子物理和的发展.④量子力学推动了物理的发展.例3 关于经典力学、相对论和量子力学,下面说法中正确的是()A.量子力学和相对论的出现彻底否认了经典力学,是互不相容的几种理论B.狭义相对论只适用于高速运动的物体,不适用于低速运动的物体C.经典力学适用于高速运动物体,也适用于低速微观粒子D.经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形【巩固诊断】1.(粒子的波动性)(多选)影响显微镜分辨率的一个因素是波的衍射,衍射现象越明显,分辨本领越弱.使用电子束工作的电子显微镜有较强的分辨本领,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.下列说法中正确的是()A.加速电压越高,则电子的波长越短,显微镜的分辨本领越强B.加速电压越高,则电子的波长越长,显微镜的分辨本领越弱C.若加速电压相同,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.若加速电压相同,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2.(物质波)(多选) 根据物质波理论,下列说法中正确的是()A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性B.宏观物体和微观粒子都具有波动性C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D.速度相同的质子和电子相比,电子的波动性更为明显3.(量子力学)(多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中,正确的是()A.量子力学完全否定了经典力学B.量子力学是在早期量子论的基础上创立的C.量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D.晶体管“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控,是量子力学在固体物理中的应用4.(物质波的计算)电子由静止经电势差为U=200 V的电场加速,电子质量m=9.1×10-31kg,求此电子的德布罗意波长.(h=6.63×10-34J·s,e=1.6×10-19C) 0。
粒子的波动性和量子力学的建立课后篇素养形成必备知识基础练1.关于德布罗意波,下列说法正确的是( )A.所有物体不论其是否运动,都有对应的德布罗意波B.任何一个运动着的物体都有一种波和它对应,这就是德布罗意波C.运动着的电场、磁场没有相对应的德布罗意波D.只有运动着的微观粒子才有德布罗意波,对于宏观物体,不论其是否运动,都没有相对应的德布罗意波,都有一种波与它对应,即物质波,物质有两类:实物和场,所以B 正确。
2.1927年戴维森和汤姆孙完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。
下图所示的是该实验装置的简化图。
下列说法不正确的是( )A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验说明了光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性,实物粒子也具有波动性,亮条纹是电子到达概率大的地方,不能说明光子具有波动性,故选C 。
3.质量为m 的粒子原来的速度为v ,现将粒子的速度增大为2v ,则该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( )A.保持不变B.变为原来波长的两倍C.变为原来波长的一半D.变为原来波长的√2倍,粒子速度为v 时,λ1=ℎmv ;粒子速度为2v 时,λ2=ℎ2mv ,λ2=12λ1。
可知C 正确,A 、B 、D 错误。
4.现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性。
下列事实中突出体现波动性的是( )A.一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上发射的光电子就越多B.质量为10-3 kg、速度为10-2 m/s的小球,其德布罗意波长约为10-28 m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹C.人们常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同D.以上说法均不能体现波动性,能清晰观察到轨迹,说明宏观物体的粒子性。
利用热中子研究晶体的结构正体现了实物粒子的波动性。
5.已知氢原子基态能量为-13.6 eV,电子质量m=9.1×10-31 kg,电子的动能和势能的关系为E k=-12E p,求氢原子中基态电子的德布罗意波的波长。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在帮助学生深入理解粒子的波动性概念，掌握量子力学的基本原理，并能够运用所学知识分析实际问题。
通过本课时的学习，学生应能够理解波粒二象性、德布罗意波长等基本概念，并初步掌握量子力学的基本原理及其在微观世界中的应用。
二、作业内容1. 理论知识学习：学生需认真阅读教材中关于粒子的波动性和量子力学建立的相关内容，重点掌握德布罗意波长、波粒二象性等核心概念，并完成相应的学习笔记。
2. 课堂互动讨论：在课堂讨论环节，学生需积极参与讨论，分享自己的学习心得和疑惑，与同学和老师进行互动交流，共同探讨粒子的波动性和量子力学相关问题。
3. 案例分析：学生需结合教材中的案例，分析粒子的波动性在现实中的应用，如电子衍射、物质波等现象的解释，并尝试用所学知识解决实际问题。
4. 实验模拟操作：通过模拟实验软件或教学视频，学生需掌握如何模拟实验中粒子的波动性，了解实验原理和操作步骤。
三、作业要求1. 学生需按时完成作业，并在规定时间内提交。
2. 理论知识学习部分要求学生对核心概念有深刻理解，并能够准确阐述其含义。
3. 课堂互动讨论环节要求积极参与，主动提出问题并参与讨论。
4. 案例分析部分要求结合实际，分析具体问题并提出解决方案。
5. 实验模拟操作部分要求学生对模拟实验有充分了解，并能准确描述实验原理和步骤。
四、作业评价1. 评价标准：根据学生的理论知识掌握程度、课堂互动表现、案例分析的深度和广度以及实验模拟操作的准确性等方面进行评价。
2. 评价方式：采用教师评价、同学互评和自评相结合的方式，全面评价学生的作业完成情况。
3. 反馈方式：教师根据评价结果，对每位学生的作业进行详细反馈，指出优点和不足，并提出改进意见。
五、作业反馈1. 教师根据学生的作业完成情况，对共性问题进行集中讲解和答疑。
2. 对个别学生的问题，教师进行个别辅导和解答。
3. 鼓励学生之间互相交流学习心得和经验，共同进步。
4.5 粒子的波动性和量子力学的建立【知识梳理】一、粒子的波动性及物质波的实验验证 1．粒子的波动性(1)德布罗意波：每一个 的粒子都与一个对应的波相联系，这种与 相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫作 。
(2)物质波的波长：λ＝ 。
(3)物质波的频率：ν＝ 。
2．物质波的实验验证(1)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 或衍射现象。
(2)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的实验，得到了 的衍射图样，证实了 的波动性。
(3)说明：人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp 的关系同样正确。
(4)实物粒子也具有 。
二、量子力学的建立及应用 1．早期量子论的创立(1)普朗克 理论，能量子ε＝hν。
(2)爱因斯坦 理论，光子ε＝hν。
(3)康普顿 理论：光子动量p ＝ 。
(4)玻尔 理论：氢原子发光hν＝E n －E m 。
(5)德布罗意 假说，频率：ν＝εh ，波长λ＝hp 。
2．现代量子论的创立20世纪中期，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 行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为 学。
3．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。
(2)量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。
(3)量子力学推动了固体物理的发展。
【判一判】(1)一切宏观物体的运动都伴随一种波，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。
( )【典型例题】题型一、 原子的能量及变化规律 1．原子的能量：E n ＝E kn ＋E pn 。
2．电子绕氢原子核运动时：k e 2r n 2＝m v n 2r n ，故E kn ＝12m v n 2＝ke 22r n电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在帮助学生巩固和拓展《粒子的波动性和量子力学的建立》这一课的学习内容。
通过作业的完成，学生能够理解并掌握波粒二象性、德布罗意波长等基本概念，并初步了解量子力学的基本原理。
二、作业内容1. 基础知识巩固：- 回顾德布罗意波长公式，并计算不同粒子在不同条件下的德布罗意波长。
- 理解并阐述波粒二象性的基本概念及其在物理世界中的应用。
2. 理论应用分析：- 分析电子在晶体中的衍射现象，讨论其与波动性之间的关系。
- 探讨量子力学中粒子态的描述方式，如波函数和概率分布。
3. 拓展知识探究：- 阅读关于量子力学历史发展的相关资料，了解量子力学建立的背景和过程。
- 探索量子力学在现代科技中的应用，如量子计算、量子通信等。
三、作业要求1. 学生需独立完成作业，不得抄袭他人答案或使用其他不正当手段。
2. 针对基础知识巩固部分，学生需掌握并能够准确应用德布罗意波长公式进行计算。
3. 在理论应用分析部分，学生需结合所学知识，对所给问题进行分析和讨论，并提出自己的见解。
4. 拓展知识探究部分要求学生积极查阅相关资料，并形成自己的理解和认识。
5. 作业需在规定时间内提交，并按照教师要求的格式和方式进行提交。
四、作业评价1. 教师将根据学生完成作业的正确性、逻辑性、理解深度以及作业的格式等方面进行评价。
2. 对于表现优秀的学生，将在课堂上进行表扬并作为典型案例供其他学生学习。
3. 对于出现错误的学生，教师将及时给予指导并要求其改正错误。
五、作业反馈1. 教师将对每一份作业进行详细批改，并在课堂上对共性问题进行讲解。
2. 对于学生提出的问题和建议，教师将积极回应并采取措施改进教学方法和策略。
3. 作业反馈将作为学生学习进步的重要依据，也将作为教师教学调整的重要参考。
通过这份作业设计方案，学生们不仅能够巩固所学知识，还能在实践中加深对量子力学原理的理解。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业旨在加深学生对粒子的波动性及量子力学基本概念的理解，通过实际操作巩固理论知识，培养学生独立思考和解决问题的能力，并激发学生对科学探索的兴趣。
二、作业内容1. 理论学习：学生需认真阅读教材中关于粒子波动性和量子力学的基础知识，理解波粒二象性、德布罗意假说以及量子力学的建立过程。
2. 课堂笔记整理：学生在课后需整理课堂学习的重点内容，包括粒子的波动性实验、不确定性原理的解读等，形成自己的学习笔记。
3. 理论应用：学生需利用所学的知识分析日常生活中与量子力学相关的现象，如电子的衍射、光子与物质的作用等，并尝试解释其原理。
4. 实践活动：进行简单的模拟实验，如使用计算机模拟粒子波函数的演变过程或制作简易的光子衍射实验装置，以加深对理论知识的理解。
5. 写作作业：学生需撰写一篇关于粒子波动性及量子力学的学习心得体会，表达对这一学科领域的认识和理解。
三、作业要求1. 理论学习：要求学生对教材内容认真研读，对每一个知识点进行深入理解并能够清晰阐述。
2. 课堂笔记整理：要求笔记条理清晰，内容详实，能准确反映课堂学习内容。
3. 理论应用：学生需举例说明生活中的相关现象，分析并阐述其背后的物理原理。
4. 实践活动：模拟实验或简易实验装置需具有可操作性，并能够体现学生对理论知识的基本掌握。
5. 写作作业：心得体会需真实反映学生学习过程中的感悟和收获，字迹工整，语言流畅。
四、作业评价1. 教师根据学生的理论学习情况、课堂笔记的整理情况进行评价。
2. 对学生的理论应用能力进行考察，评价其是否能够准确分析生活中的相关现象。
3. 对学生的实践活动进行评价，包括实验装置的可行性、操作的规范性以及学生对理论知识的应用能力。
4. 根据学生的心得体会进行评价，包括其思考的深度和广度，语言表达的准确性等。
五、作业反馈1. 教师将根据学生的作业完成情况进行及时的反馈和指导，对于存在问题的部分进行详细解释和纠正。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在帮助学生深入理解粒子的波动性概念，掌握量子力学的基本原理，通过实践操作和理论学习相结合的方式，培养学生的科学探究能力和创新思维。
二、作业内容1. 理论学习：学生需认真阅读教材中关于粒子的波动性和量子力学的基本理论，重点掌握波粒二象性、德布罗意假说、不确定性原理等核心概念。
2. 思考题：设计一系列思考题，如“如何理解粒子的波动性？”“量子力学与经典力学的区别是什么？”等，引导学生进行深入思考和讨论。
3. 实验操作：学生需在教师的指导下，进行双缝干涉实验或单电子衍射实验，观察粒子波动性的实验现象，并记录实验数据。
4. 论文撰写：学生需结合理论知识、思考题和实验数据，撰写一篇关于“粒子的波动性及其在量子力学中的应用”的论文，要求观点明确、论据充分、逻辑清晰。
三、作业要求1. 理论学习要求：学生需认真阅读教材，掌握核心概念，并能够用自己的语言进行解释。
2. 思考题要求：学生需独立思考，结合所学知识进行回答，并可与同学进行交流讨论。
3. 实验操作要求：学生需按照实验指导书的要求进行操作，认真记录实验数据，如实反映实验现象。
4. 论文撰写要求：论文需符合学术论文的基本格式，内容要围绕主题展开，观点明确，论据充分，逻辑清晰。
四、作业评价1. 教师将根据学生的理论学习情况、思考题回答情况、实验操作情况和论文撰写情况进行评价。
2. 评价标准包括：理论掌握程度、思考深度、实验操作规范性、数据记录真实性、论文质量等。
3. 评价结果将作为学生平时成绩的一部分，并给予相应的反馈和指导。
五、作业反馈1. 教师将对学生的作业进行逐一评阅，并给出详细的评价和建议。
2. 对于优秀作业，将在课堂上进行展示和表扬，激发学生的学习积极性。
3. 对于存在问题的作业，教师将给予指导和帮助，引导学生进行改正和提高。
4. 作业反馈将作为学生后续学习和发展的重要参考。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标通过本次作业，学生应：1. 深入理解粒子的波动性概念；2. 掌握量子力学的建立过程；3. 运用所学知识分析并解决实际问题。
二、作业内容1. 阅读教材，回答以下问题：（1）什么是粒子的波动性？其表现形式有哪些？（2）波动性是如何被发现的？波尔的理论贡献是什么？（3）对波动性概念的理解对量子力学的发展有何影响？2. 完成课后习题，包括对量子力学基本原理和应用的理解和解答。
3. 收集并阅读有关量子力学建立过程的科普文章，写下自己的理解和感悟。
三、作业要求1. 回答问题需结合教材和相关资料，观点明确，条理清晰；2. 完成课后习题应包括对题目分析、解答过程和结论，字迹工整；3. 阅读文章需做好笔记，写下自己的理解和感悟，字数不少于300字。
四、作业评价1. 评价标准：作业完成情况、回答问题质量、习题解答质量、阅读笔记质量；2. 评价方式：教师评分+学生自评+同学互评。
五、作业反馈请学生对本次作业进行自我评价，包括优点和不足，并提出改进意见。
同时，同学之间也要互相交流学习，共同提高。
教师将根据学生作业情况和反馈，对教学内容和方法进行反思和调整，以更好地满足学生的学习需求。
在完成第一项作业内容时，可以参考以下内容：1. 粒子的波动性是指粒子在某些情况下表现出类似于波动的行为，如干涉、衍射等。
其表现形式包括德布罗意波、波函数等。
波动性的发现对量子力学的发展产生了深远的影响，因为它揭示了微观粒子的一种全新的性质和行为方式。
2. 波尔的理论贡献主要是提出了量子化条件，为量子力学的发展奠定了基础。
他的理论将经典物理学和量子物理学有机地结合起来，为人们理解和接受量子力学提供了有力的工具。
3. 对波动性概念的理解对量子力学的发展有着极其重要的作用。
它让我们意识到，微观粒子不再是可以完全确定其在空间中的位置和动量的粒子，而是一种以波动的形式在空间中传播的能量形式。
《粒子的波动性和量子力学的建立》作业设计方案（第一课时）一、作业目标通过本次作业，学生应理解粒子的波动性概念，掌握波动性的实验证据，并能够理解德布罗意假说的提出。
学生应能自行尝试理解量子力学的建立过程，理解波粒二象性的概念。
二、作业内容1. 阅读并理解关于德布罗意波的资料，包括德布罗意假说的提出背景、历史过程以及对现代物理的影响。
2. 完成一篇短文，阐述德布罗意波的含义及其对量子力学建立的重要性。
短文应包含至少三个实例来说明德布罗意波的存在。
3. 观看一段关于量子力学的建立过程的视频，并回答以下问题：a. 什么是波粒二象性？b. 量子力学与传统物理学的区别在哪里？c. 量子力学的发展对现代科技有何影响？三、作业要求1. 作业应独立完成，不得抄袭。
2. 论文和回答应有自己的理解和观点，字数不少于300字。
3. 提交作业时应附上自己的姓名和日期。
四、作业评价1. 评价标准：a. 作业完成情况：是否按时提交，是否认真阅读并理解了课程内容。
b. 知识掌握情况：对德布罗意波的理解程度，对量子力学建立过程的理解程度。
c. 表达能力：论文和回答的逻辑性和表达能力。
2. 评价方式：教师评分和同学互评相结合。
教师根据学生的作业质量和回答的准确性给予评分，同时鼓励学生之间互相评价，观察学生是否能够清晰地表达自己的观点和理解。
五、作业反馈1. 学生提交作业后，教师将进行批改并给出分数，同时将评分反馈给学生，以便学生了解自己的学习情况。
2. 教师将收集学生的回答，并将其中的共同问题和典型错误进行总结，在下次上课时进行反馈和讲解，以帮助学生更好地理解和掌握课程内容。
3. 对于作业中存在的问题，教师将提供针对性的辅导和答疑，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
通过本次作业，学生将进一步理解和掌握粒子的波动性和量子力学的建立过程，为后续的物理学习打下坚实的基础。
作业设计方案（第二课时）一、作业目标通过本次作业，学生应：1. 深入理解粒子的波动性概念；2. 掌握量子力学的建立过程；3. 运用所学知识解决实际问题。
5.粒子的波动性和量子力学的建立课程标准素养目标1.知道实物粒子具有波动性。
2.了解微观世界的量子化特征。
3.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。
1.德布罗意波的波长和粒子动量关系。
(物理2.量子力学的建立过程。
(科学3.了解电子衍射实验,了解创造条件来进行有关物理实验的方法。
(科学4.科学真知的得到并非一蹴而就,需要经过一个较长的历史发展过程,不断得到纠正与修正。
通过相关理论的实验验证,逐步形成严谨求实的科学态度。
(科学态度与必备知识·素养奠基一、粒子的波动性1.德布罗意波:(1)定义:每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种波叫物质波,又叫德布罗意波。
(2)物质波波长、频率的计算公式:ν=,λ=。
2.我们之所以看不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体的动量太大,德布罗意波长太小的缘故。
3.德布罗意假说是光的波粒二象性的推广,即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有波动性,即具有波粒二象性。
与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。
二、物质波的实验验证提示:说明了电子的波动性。
1.1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,从而证实了电子的波动性。
2.人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性,对于这些粒子,德布罗意给出的ν=和λ=关系同样正确。
三、量子力学的建立1.19、20世纪之交,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。
德国物理家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,使之可以适用于更普遍的情况。
他们建立的理论被称为矩阵力学。
2.1926年,奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程——薛定谔方程,使玻尔理论的局限得以消除。
由于这个理论的关键是物质波,因此被称为波动力学。
3.1926年,薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明,波动力学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。
粒子的波动性和量子力学的建立【教学目标】一、知识与技能1．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
2．了解量子力学的建立过程。
二、过程与方法1．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。
2．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。
三、情感、态度与价值观1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。
2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。
3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。
【教学重点】实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。
【教学难点】实物粒子的波动性的理解。
【教学过程】一、复习提问、新课导入我们已经知道：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。
光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。
而电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会同时具有波动性呢？二、新课教学（一）粒子的波动性法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。
他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢？”1．德布罗意波实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。
一个质量为m的实物粒子以速率v运动时，即具有以能量ε和动量p所描述的粒子性，同时也具有以频率v和波长l所描述的波动性。
而且v=εℎ，λ=ℎp。
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。
结论：一切实物粒子都具有波动性。
第5节粒子的波动性和量子力学的建立教学设计1.通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波动性。
我们已经认识到如电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会同时具有波动性呢？p h =λh εν=2mc=ε2.光的波粒二象性的统计观点解释入射光极弱，光子数目极少，确切位置无法预测。
延长曝光时间，理论算得的各明纹区域，光子出现的概率最大； 继续延长曝光时间，得到明暗连续变化的双缝干涉清晰图像，并与强光入射（大量光子同时入射）一次曝光的情况等效。
光波在空间某处的强度反映了光子在该处附近出现的概率。
3.光的衍射实验在光的衍射实验中，摄像记录弱光入射的几个不同曝光阶段的衍射图样，并进行比较，可以发现，在衍射图样中较亮的地方，光子出现的概率较大。
光的双缝干涉、单缝衍射表明——光具有波动性新课教学 一、粒子的波动性1.德布罗意波1924年，德布罗意在对光的波粒二象性、玻尔氢原子理论以及相对论的深入研究的基础上，把波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。
他提出假设:实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。
粒子的能量ε和动量p 跟它所对应的波的频率v 和波长λ之间，遵从如下关系：p h =λ h εν=这种与实物粒子相联系的波叫做德布罗意波，也叫物质波。
其波长λ称了解德步罗意波好实物粒子的波粒二象性。
体会物理观念的形成过程。
德布罗意，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。
为德布罗意波长。
2. 实物粒子具有波粒二象性普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。
一切实物粒子都有波动性 做一做试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解：估计一个中学生的质量 m ≈ 50 kg ，百米跑时速度 v ≈ 7 m/s ，则由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
5 粒子的波动性和量子力学的建立一、问题引入教学中可以引导学生简单回顾光的波粒二象性研究的历史过程，指出通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有波动性，又有粒子性。
教科书“问题”栏目展示的照片是发生在TiO 2晶体上的X 射线衍射图样。
创设这样的情境，目的是让学生感受到衍射图样可作为人们进行科学研究的手段和方法之一，从一个侧面可以反映研究问题的有用信息，成为认识的有力证据。
同理，认识实物粒子的波动性假设也会需要相似的证据，为后续的物质波的实验验证作好铺垫。
二、粒子的波动性让学生阅读教科书这部分内容，体会德布罗意如何用类比的方法把波粒二象性推广到实物粒子，并大胆提出实物粒子也具有波动性假设的思想。
德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。
粒子的能量ε和动量跟它所对应的波的频率v 和波长λ之间，遵从如下关系：v h ε＝，h pλ＝。
教学中，要引导学生关注这种把描述波的物理量与描述粒子的物理量相联系的做法，它深刻地改变着人们的思维方式。
三、物质波的实验验证在物质波的实验验证的教学中，要求学生认识实验技术手段与科学发现的关系。
进一步了解验证物理理论的基本方法——实验。
只要基于假设建立的概念及理论与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确地描述所研究的现象。
四、量子力学的建立本章整体设计是围绕量子力学的建立过程展开的，本节又是对该问题的一个总结。
教科书依次向学生介绍了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、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论。
由于这些理论都与普朗克常量紧密相关，建议教学中可以结合教科书图45－3直观地对上述理论进行简单的梳理，让学生感受到这些理论之间存在着紧密的内在联系；另外，也可以通过展示教科书图45－7索尔维会议参加者的合影，介绍推动量子力学建立的科学家和里程碑实验；还可以让学生根据学习的内容及查阅的资料，讨论交流各自印象最深刻的推动量子力学建立的科学家和实验，加深对量子力学的了解。
5 粒子的波动性和量子力学的建立〖学习目标〗 1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用．一、粒子的波动性1．德布罗意波：每一个运动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，也叫物质波．2．粒子的能量ε和动量p 跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν＝εh ，λ＝hp .二、物质波的实验验证1．实验探究思路：干涉、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．2．实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性． 3．说明除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp关系同样正确．4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性． 三、量子力学的建立四、量子力学的应用借助量子力学，人们深入认识了微观(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性． 1．推动了核物理和粒子物理的发展．人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究． 2．推动了原子、分子物理和光学的发展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，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． 3．推动了固体物理的发展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．1．判断下列说法的正误．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．(×)(2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)(3)宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长．(×)(4)量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性．(√)2．(多选)关于物质波，以下观点正确的是()A．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波B．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波C．由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性D．电子束照射到金属晶体上得到电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的〖答案〗ACD〖解析〗只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波，故A正确，B错误；由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性，故C正确；电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的，故D正确．一、粒子的波动性导学探究1．如图1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下列问题：图1(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？(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？〖答案〗(1)普朗克能量子和爱因斯坦光子理论．(2)电子具有波动性．2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，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〗 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，产生的物质波的波长短，难以观测． 知识深化1．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝hp.我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小． (2)德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光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(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p ＝m v . (2)根据波长公式λ＝hp求解．(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量p ＝hλ；微观粒子的动能：E k ＝12m v 2，动量p ＝m v .(多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．宏观物体和微观粒子都具有波动性C ．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D ．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 〖答 案〗 BD〖解 析〗 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A 错误，B 正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C 错误；由λ＝hp ，p ＝m v 可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D 正确．(2020·奉新县第一中学高二月考)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( )A ．该实验说明了电子具有粒子性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 〖答 案〗 B〖解 析〗 实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A 错误；由动能定理可知，eU ＝12m v 2－0，经过电场加速后电子的速度v ＝2eUm，电子德布罗意波的波长λ＝h p ＝hm v＝h m ·2eU m＝h2meU，故B 正确；由电子的德布罗意波波长公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子德布罗意波波长越短，波长越短衍射现象越不明显，故C 错误；质子与电子带电荷量相同，但是质子质量大于电子，动量与动能间存在关系p ＝2mE k ，所以由λ＝h p ＝h2mE k ，可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波长，波长越小则衍射现象越不明显，故D 错误．针对训练 (2020·湖北高二月考)如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最小的是( ) A ．α粒子 B ．β粒子 C ．中子 D ．质子〖答 案〗 A〖解 析〗 德布罗意波长为λ＝h p ，又p ＝m v ，得λ＝hm v ，速率相等，即速度大小相同，α粒子的质量m 最大，则α粒子的德布罗意波长最小，故A 正确，B 、C 、D 错误． 二、量子力学的建立(多选)关于量子力学的说法正确的是( )A ．不论是对宏观物体，还是对微观物体，量子力学都是适用的B ．量子力学完全否定了普朗克黑体辐射理论、玻尔氢原子理论等早期量子论C ．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础D ．激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现 〖答 案〗 CD1．(物质波的理解)(多选)(2021·上饶中学高二月考)关于物质波，下列认识中正确的是( ) A ．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波 B ．X 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C ．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D ．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象 〖答 案〗 AC〖解 析〗 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A 正确；X 射线的本质是电磁波，X 射线的衍射实验，证实了X 射线的波动性，故B 错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C 正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D 错误．2．(物质波的理解)(2021·石嘴山三中高二月考)关于物质波，下列说法正确的是( ) A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短 C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短D ．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍 〖答 案〗 A〖解 析〗 由λ＝hp 可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质量小，动量小，波长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p ＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长相等，C 错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的13，D 错误．3．(量子力学)(多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是( ) A ．量子力学完全否定了经典力学B ．量子力学是在早期量子论的基础上创立的C ．量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D ．晶体管“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用 〖答 案〗 BD4．(物质波的理解与计算)如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为 1.67×10－27kg ，普朗克常量为6.63×10－34J·s ，结果保留三位有效数字)〖答 案〗 3.97×10－10m 6.63×10－35m〖解 析〗 中子的动量为p 1＝m 1v 子弹的动量为p 2＝m 2v由λ＝hp 知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1＝h p 1，λ2＝h p 2联立以上各式解得λ1＝h m 1v ，λ2＝h m 2v代入数据可解得λ1≈3.97×10－10 m ，λ2＝6.63×10－35 m.。
