新教材人教版選擇性必修第三冊4.5粒子的波動性和量子力學(xué)的建立學(xué)案

5粒子的波動性和量子力學(xué)的建立［學(xué)習(xí)FI標(biāo)］1.了解粒子的波動性，知道物質(zhì)波的概念.2.了解什么是德布羅意波，會解釋有關(guān)現(xiàn)象.3.了解量子力學(xué)的建立過程及其在具體物理系統(tǒng)中的應(yīng)用.一、粒子的波動性.德布羅意波：每一個運動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，也叫物質(zhì)波..粒子的能量￡和動量〃跟它所對應(yīng)的波的頻率丫和波長2之間的關(guān)系：丫=木入告.二、物質(zhì)波的實驗驗證.實驗探究思路：王透、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)生強或衍射現(xiàn)象..實驗驗證：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，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性..說明除了電子以外，人們陸續(xù)證實了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動性,對于這些粒子，德布ph羅意給出的y=得和％=彳關(guān)系同樣正確..電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性.三、量子力學(xué)的建立四、量子力學(xué)的應(yīng)用借助量子力學(xué)，人們深入認識了幽（填“宏觀”或“微觀”）世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性..推動了核物理和粒子物理的發(fā)展.人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀（填“宏觀”或“微觀”）層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究..推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展人們認識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術(shù)..推動了固體物理的發(fā)展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..判斷下列說法的正誤.（I）一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波.（X）⑵電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性.（J）（3）宏觀物體運動時，看不到它的衍射和干涉現(xiàn)象，是因為宏觀物體的波長太長.（X）（4）量子力學(xué)的建立，使人們深入認識了微觀世界的組成,、結(jié)構(gòu)和屬性.（J）.(多選)關(guān)于物質(zhì)波，以下觀點正確的是0A.只要是運動著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對應(yīng)，這就是物質(zhì)波B.只有運動著的微觀粒子才有物質(zhì)波，對于宏觀物體，不論其是否運動，都沒有相對應(yīng)的物質(zhì)波C.由于宏觀物體的德布羅意波長太小，所以無法觀察到它們的波動性D.電子束照射到金屬晶體上得到電子束的衍射圖樣，從而證實了德布羅意的假設(shè)是正確的答案ACD解析只要是運動著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對應(yīng)，這就是物質(zhì)波，故A正確，B錯誤；由于宏觀物體的德布羅意波長太小，所以無法觀察到它們的波動性，故C正確；電子束照射到金屬晶體上得到了包子束的衍射圖樣，從而證實了德布羅意的假設(shè)是正確的，故D正確.一、粒子的波動性【導(dǎo)學(xué)探究】.如圖1是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問題：圖1(I)德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設(shè)的理論基礎(chǔ)是什么？⑵電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么？答案(1)普朗克能量子和愛因斯坦光子理論.(2)電子具有波動性..德布羅意認為任何運動著的物體均具有波動性，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識.答案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，產(chǎn)生的物質(zhì)波的波長短，難以觀測.【知識深化】.對物質(zhì)波的理解(I)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，這種波叫物質(zhì)波，其波長2=去我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小.(2)德布羅意假說是光的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波..計算物質(zhì)波波長的方法⑴根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達式〃=〃“⑵根據(jù)波長公式4=1求解.⑶注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達式.如光了?的能量：￡=加，，動量〃=，；A微觀粒子的動能：Ek=；〃加，動量〃=/如.例?（多選）根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是0A.微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C.宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯答案BD解析一切運動的物體都有一種物質(zhì)波與它對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性，A錯誤，B正確：宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，不易觀察到它的波動性，C錯誤；由a=去P=〃口可知，速度相同的質(zhì)子與電子相比，電子質(zhì)量小，動量小，故其物質(zhì)波波長更長，所以電子的波動性更明顯，D正確.例?（2020?奉新縣第一中學(xué)高二月考）利用金屬晶格（大小約作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣.已知電子質(zhì)量為用，電荷量為e,初速度為0,加速電壓為U,普朗克常量為/?,則下列說法中正確的是（）A.該實驗說明了電子具有粒子性B.實驗中電子束的德布羅意波的波長為4=意而C.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D.若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯答案B解析實臉得到了電子的衍射圖樣，說明電子這種實物粒子發(fā)生了衍射，說明電子具有波動性，故A錯誤；由動能定理可知，eU=^mv2—（）,經(jīng)過電場加速后電子的速度電子德布羅意波的波長大=氏=/=—y==-7==,故B正確；由電子的德布羅意波波長公式可知，加速電壓越大，電子德布羅意波波長越短，波長越短衍射現(xiàn)象越不明顯，y]2meU故C錯誤；質(zhì)子與電子帶電荷量相同，但是質(zhì)子質(zhì)量大于電子，動量與動能間存在關(guān)系〃=2〃島,所以由人=勺=下』，可知質(zhì)子的德布羅意波波長小于電子的德布羅意波波長，波P72〃1打長越小則衍射現(xiàn)象越不明顯，故D錯誤.針對訓(xùn)練（2020.湖北高二月考）如果下列四種粒子具有相同的速率，則德布羅意波長最小的是0a粒子B.P粒子C.中子D.質(zhì)子答案A解析德布羅意波長為又得力=總速率相等，即速度大小相同，a粒子的質(zhì)量機最大，則a粒子的德布羅意波長最小，故A正確，B、C、D錯誤.二、量子力學(xué)的建立例€>（多選）關(guān)于量子力學(xué)的說法正確的是0A.不論是對宏觀物體，還是對微觀物體，量子力學(xué)都是適用的B.量子力學(xué)完全否定了普朗克黑體輻射理論、玻爾氫原子理論等早期量子論C.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)D.激光技術(shù)的發(fā)展是量子力學(xué)的應(yīng)用在實際生活中的體現(xiàn)答案CD.（物質(zhì)波的理解）（多選）（2021.上饒中學(xué)高二月考）關(guān)于物質(zhì)波，下列認識中正確的是0A.任何運動的物體都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D.與宏觀物體相聯(lián)系的物質(zhì)波不具有干涉、衍射等現(xiàn)象答案AC解析任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有與其本身相聯(lián)系的波，這就是物質(zhì)波，故A正確；X射線的本質(zhì)是也磁波，X射線的衍射實臉，證實了X射線的波動性，故B錯誤；電子的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的，故C正確；物質(zhì)波具有干涉、衍射等現(xiàn)象，故D錯誤.2.（物質(zhì)波的理解）（2021?石嘴山三中高二月考）關(guān)于物質(zhì)波，下列說法正確的是0A.速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長長B.動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長短C,動量相等的電子和中子，中子的波長短D.如果甲、乙兩電子的速度遠小于光速，甲電子的速度是乙電子的3倍，則甲電子的波長也是乙電子的3倍答案A解析由/1=怖可知，動量大的波長短，電子與質(zhì)子的速度相等時，電子質(zhì)量小，動量小，波長長，A正確：電子與質(zhì)子動能相等時，由動量與動能的關(guān)系p=、2mEk可知,電子的動量小，波長長，B錯誤；動量相等的電子和中子，其波長相等，C錯誤；如果甲、乙兩電子的速度遠小于光速，甲電子的速度是乙電子的3倍，甲電子的動量也是乙電子的3倍，則甲電子的波長應(yīng)是乙電子的/D錯誤.3.（量子力學(xué)）（多選）下列關(guān)于量子力學(xué)的發(fā)展史及應(yīng)用的說法中，正確的是（）A.量子力學(xué)完全否定了經(jīng)典力學(xué)B.量子力學(xué)是在早期量子論的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的C.量子力學(xué)使人們深入認識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性D.晶體管“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對電路進行操控，是量子力學(xué)在固體物理中的應(yīng)用答案BD4.（物質(zhì)波的理解與計算）如果?個中子和?個質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德