4.5 粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立-1

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粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性目錄CONTENTS粒子的波動(dòng)性01量子力學(xué)的建立物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證0302量子力學(xué)的應(yīng)用04思考與討論：

通過(guò)對(duì)雙縫干涉、光電效應(yīng)等一系列問(wèn)題的研究，人們終于認(rèn)識(shí)到光既有粒子性，又有波動(dòng)性。我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到如電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子是具有粒子性的，那么，實(shí)物粒子是否也會(huì)同時(shí)具有波動(dòng)性呢？粒子的波動(dòng)性01一、粒子的波動(dòng)性

他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指19世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，如果說(shuō)是過(guò)于忽視了粒子的研究方法的話，那么在實(shí)物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過(guò)分忽略了波的圖象呢？”德布羅（De·Broglie）

德布羅意提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率v和波長(zhǎng)λ之間，遵從如下關(guān)系：一、粒子的波動(dòng)性

這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來(lái)被稱為德布羅意波（deBrogliewave），也叫作物質(zhì)波（matterwave）。物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證02二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1.電子衍射實(shí)驗(yàn)：1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了類似圖4.5-1的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。3.德布羅意提出物質(zhì)波的觀念被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，表明電子、質(zhì)子、原子等粒子不但具有粒子的性質(zhì)，而且具有波動(dòng)的性質(zhì)。換句話說(shuō)，它們和光一樣，也具有波粒二象性。2.電子德布羅意波的干涉現(xiàn)象。例1：一質(zhì)量為m=1×10-2kg，速度υ=3.0102m/s飛行的子彈，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：例2：電子m=9.110-31kg，由靜止經(jīng)100V電壓加速，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：太小，無(wú)法觀測(cè)到波動(dòng)性可能觀察到電子的波動(dòng)性量子力學(xué)的建立03三、量子力學(xué)的建立1.經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的現(xiàn)象：黑體輻射、光電效應(yīng)、氫原子光譜等。三、量子力學(xué)的建立3.量子力學(xué)理論的建立海森堡玻恩薛定諤狄拉克泡利量子力學(xué)的應(yīng)用04四、量子力學(xué)的應(yīng)用1.量子力學(xué)推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展中國(guó)第四代核反應(yīng)堆四、量子力學(xué)的應(yīng)用2.量子力學(xué)推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展核磁共振銫原子鐘四、量子力學(xué)的應(yīng)用3.量子力學(xué)推動(dòng)了固體物理的發(fā)展集成電路課堂練習(xí)051．波粒二象性是微觀粒子的基本特征，以下說(shuō)法正確的是（

）A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，說(shuō)明中子具有波動(dòng)性C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等B【答案】B【詳解】A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故A錯(cuò)誤；B．衍射是波特有的性質(zhì)，熱中子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣，說(shuō)明中子具有波動(dòng)性，故B正確；C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用光的波動(dòng)性解釋，為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克建立了量子理論，成功解釋了黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故C錯(cuò)誤；D．由

和

可知，由于質(zhì)子和電子的質(zhì)量不同，則動(dòng)能相同的質(zhì)子和電子，其動(dòng)量不同，故其波長(zhǎng)也不相同，故D錯(cuò)誤。故選B。2．下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是（

）A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的干涉表明光具有波動(dòng)性D．康普頓效應(yīng)表明光具有波動(dòng)性C【答案】C【詳解】A．光既是波又是粒子，故A錯(cuò)誤；B．光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，不是實(shí)物粒子，而電子則是實(shí)物粒子，所以它們不是同樣的一種粒子，故B錯(cuò)誤；C．干涉和衍射是波的特有現(xiàn)象，光的干涉表明光具有波動(dòng)性，故C正確；D．康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性，故D錯(cuò)誤。故選C。3．關(guān)于德布羅意波波長(zhǎng)，下列說(shuō)法正確的是（）A．動(dòng)量相同的不同物體（包括宏觀物體和微觀粒子），它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)B．動(dòng)能相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)C．速率相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)D．只有動(dòng)量相同的不同微觀粒子，它們才具有相同的德布羅意波長(zhǎng)A【答案】A【詳解】由德布羅意波長(zhǎng)公式

知，只要物體的動(dòng)量p相同，則它們的德布羅意波波長(zhǎng)就相同，故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。4．讓電子束通過(guò)電場(chǎng)加速后，照射到金屬晶格（大小約為10-10m）上，可得到電子的衍射圖樣，如圖所示．下列說(shuō)法正確