第四章　5　粒子的波動性和量子力學的建立

DISIZHANG第四章5粒子的波動性和量子力學的建立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(重點)。3.了解量子力學的建立過程及其在具體物理系統(tǒng)中的應用。

學習目標一、粒子的波動性二、物質(zhì)波的實驗驗證課時對點練三、量子力學

內(nèi)容索引粒子的波動性一1.德布羅意假設：每一個

的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫

波。2.粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ν=____，λ=____。運動物質(zhì)

德布羅意認為任何運動著的物體均具有波動性，射擊運動員射擊時會因為子彈的波動性而“失準”嗎？為什么？思考與討論答案不會。因為現(xiàn)實情況下子彈的德布羅意波長遠比宏觀物體的尺度小得多，根本無法觀察到它的波動性，忽略它的波動性也不會引起大的偏差，所以不會“失準”。(1)光子對應的波是電磁波，實物粒子對應的波是機械波。(

)(2)只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才有波動性，宏觀物體運動時不具有波動性。(

)××

(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列說法正確的是A.實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性，所以實物粒子與光子是相同

本質(zhì)的物質(zhì)B.微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性C.粒子的動量越小，其波動性越易觀察D.粒子的動量越大，其波動性越易觀察例1√√

如圖所示，碳60是由60個碳原子組成的足球狀分子，科研人員把一束碳60分子以2.0×102m/s的速度射向光柵，結(jié)果在后面的屏上觀察到條紋。已知一個碳原子質(zhì)量為1.99×10-26kg，普朗克常量為6.63×10-34J·s，則該碳60分子的物質(zhì)波波長約為A.1.7×10-10m B.3.6×10-11mC.2.8×10-12m D.1.9×10-18m例2√

總結(jié)提升

返回物質(zhì)波的實驗驗證二如圖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：(1)德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設的理論基礎是什么？答案

普朗克能量子和愛因斯坦光子理論。(2)電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么？答案

電子具有波動性。1.實驗探究思路：

、

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，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。2.實驗驗證：1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的

。3.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

，對于這些粒子，德布羅意給出的ν=____和λ=___關(guān)系同樣正確。

4.電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有

性。梳理與總結(jié)干涉衍射波動性波動性

波粒二象

(多選)著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束經(jīng)過電場加速后通過多晶薄膜，得到了如圖所示的衍射圖樣，已知電子質(zhì)量為m=9.1×10-31kg，加速后電子速度v=5.0×105m/s，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，則A.該圖樣說明了電子具有粒子性B.該實驗中電子的德布羅意波長約為1.5nmC.加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越長D.使用電子束工作的電子顯微鏡中，加速

電壓越大，分辨本領(lǐng)越強例3√√

返回量子力學三1.量子力學的建立2.量子力學的應用借助量子力學，人們深入認識了

(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。(1)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

(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進了

學和宇宙學的研究。(2)推動了原子、分子物理和光學的發(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)。微觀微觀天文(3)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

、絕緣體和半導體之分。導體

(多選)下列關(guān)于量子力學的發(fā)展史及應用的說法中，正確的是A.量子力學完全否定了經(jīng)典力學B.量子力學是在早期量子論的基礎上創(chuàng)立的C.量子力學使人們深入認識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性D.“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對電路進行操控，是量子力學在

固體物理中的應用例4√√√量子力學沒有否定經(jīng)典力學理論，故A錯誤；在普朗克、玻爾等人所建立的量子論的基礎上，玻恩、海森堡、薛定諤等眾多科學家逐步完善并建立了量子力學，故B正確；量子力學使人們深入認識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性，故C正確；“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對電路進行操控，是量子力學在固體物理中的應用，故D正確。返回課時對點練四考點一粒子的波動性物質(zhì)波的實驗驗證1.以下關(guān)于物質(zhì)波的說法正確的是A.實物粒子具有粒子性，在任何條件下都不可能表現(xiàn)出波動性B.宏觀物體不存在對應的波C.電子在任何條件下都能表現(xiàn)出波動性D.電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波的假設是正確的1234567891011基礎對點練√1234567891011任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之對應，這種波稱為物質(zhì)波，故A、B錯誤；電子有波動性，但在一定的條件下才能表現(xiàn)出來，故C錯誤；電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波的假設是正確的，D正確。

1234567891011√√√1234567891011

3.(多選)1927年戴維森和湯姆孫完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一，如圖所示是該實驗裝置的簡化圖，下列說法正確的是A.亮條紋是電子到達概率大的地方B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實驗再次說明光子具有波動性D.該實驗說明實物粒子具有波動性1234567891011√√√1234567891011電子屬于實物粒子，電子衍射實驗說明實物粒子具有波動性，說明物質(zhì)波理論是正確的，故B、D正確，C錯誤；物質(zhì)波也是概率波，亮條紋是電子到達概率大的地方，故A正確。4.德布羅意提出實物粒子(例如電子)也具有波動性。以下不能支持這一觀點的物理事實是A.利用晶體可以觀測到電子束的衍射圖樣B.電子束通過雙縫后可以形成干涉圖樣C.用紫外線照射某金屬板時有電子逸出D.電子顯微鏡因減小衍射現(xiàn)象的影響而具有更高的分辨本領(lǐng)1234567891011√1234567891011利用晶體做電子衍射實驗，得到了電子衍射圖樣，證明了電子的波動性，故A能；電子束通過雙縫后可以形成干涉圖樣，證明了電子的波動性，故B能；用紫外線照射某金屬板時有電子逸出，發(fā)生光電效應現(xiàn)象，說明光子具有粒子性，故C不能；電子顯微鏡因減小衍射現(xiàn)象的影響而具有更高的分辨本領(lǐng)，利用了電子的衍射特性，證明了電子的波動性，故D能。5.(2024·麗水市月考)在科學研究中，常利用熱中子衍射研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距(約10-10m)相近。已知中子質(zhì)量m=1.66×10-27kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，電子電荷量e=1.6×10-19C，可以估算熱中子動能的數(shù)量級為A.10-15J B.10-18JC.10-2eV D.102eV1234567891011√1234567891011

1234567891011√1234567891011

考點二量子力學7.(多選)關(guān)于經(jīng)典力學和量子力學，下列說法中正確的是A.不論是對宏觀物體，還是微觀粒子，經(jīng)典力學和量子力學都是適用的B.量子力學適用于宏觀物體的運動；經(jīng)典力學適用于微觀粒子的運動C.經(jīng)典力學適用于宏觀物體的運動；量子力學適用于微觀粒子的運動D.普朗克能量子假說的提出，使人類對客觀世界的認識開始從宏觀世界

深入到微觀世界1234567891011√√

1234567891011能力綜合練√1234567891011

1234567891011

1234567891011√1234567891011

10.(多選)(2022·浙江1月選考)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10-23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列說法正確的是A