人教版 高中物理 选择性必修 第三册 4.5 粒子的波动性和量子力学的建立素养提升学案 （教师版+学生版）

中小学教育资源及组卷应用平台 高中物理选择性必修三素养提升学案 第四章 原子结构和波粒二象性 4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 一、课标要求 1.了解物质波，知道实物粒子具有波动性。 2. 知道和揭示了光的粒子性和波动性之间的联系。 3.了解量子力学的建立及在微观世界中的应用。 二、科学素养要求 1.物理观念：知道德布罗意波、光有波动性和粒子性、量子力学的基本观点和相关实验证据。 2.科学思维：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.科学探究：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.科学态度与责任：体会科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响，坚持实事求科态度，激发习科学的兴趣。 三、教材研习 要点 德布罗意波 实物粒子也具有波动性①，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ν和波长λ之间，遵从如下关系：，。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫作物质波。 自主思考 ①一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？ 答案：提示德布罗意波长，远远小于子弹自身的线度，波长越短，衍射本领越小。对于子弹来说无法观察到它的波动性，子弹具有确定的轨道，宏观物体子弹脱靶的原因与波动性无关，不是产生失误的理由。 四、名师点睛 1.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利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 （3）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，德布罗意给出的和关系同样正确。 （4）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。 2.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。 五、互动探究 探究点一、粒子的波动性 情境探究 如图是电子束通过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答以下问题。 （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？ （2）电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ 答案：（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。 探究归纳 1.对物质波的理解 （1）任何运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都与一个对应的物质波相联系，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的缘故。 （2）粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不能以宏观观点中的波来理解。 （3）德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，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.粒子波动性的理解 （1）一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其具有波动性。 （2）电子、质子等实物粒子，具有能量和动量，当和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。 （3）在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一。 3. 概率波 微观粒子的运动不再遵守牛顿运动定律，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过概率做统计性的描述。对于电子 ... ...