4.5粒子的波动性和量子力学的建立 学案 -2021-2022学年高二下学期物理 人教版（2019）选择性必修第三册

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=

C.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,都有一种波与之对应,波长是λ=,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