4.5粒子的波动性和量子力学的建立-2022-2023学年高二物理备课必备讲义（人教2019选择性必修第三册 ）

第四章 原子结构和波粒二象性 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 【核心素养目标】 物理观念 了解粒子的波动性，知道物质波的概念. 科学思维 了解什么是德布罗意波，会解释有关现象. 科学探究 了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用． 科学态度与责任 通过粒子的波动性知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 知识点一　粒子的波动性 【情境导入】 1．如图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题： (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？ 2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识． 【知识梳理】 1．德布罗意波：每一个 的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫 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：ν＝，λ＝. 【重难诠释】 1．对物质波的理解 (1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝.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． (2)德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之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．计算物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv. (2)根据波长公式λ＝求解． (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量p＝；微观粒子的动能：Ek＝mv2，动量p＝mv. 【典例精析】 例1．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波，下列关于物质波的说法中正确的是(　　) A．物质波和光波都是概率波 B．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体 C．动能相等的电子和质子，电子的波长短 D．动量相等的电子和中子，中子的波长短 例2．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，方法是让电子束通过电场加速后，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的波长为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 知识点二　物质波的实验验证 【知识梳理】 1．实验探究思路： 、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 或衍射现象． 2．实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 ． 3．说明 除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确． 4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有 性． 【典例精析】 例2． (多选)让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格(大小约10－10 m)上，可得到电子的衍射图样，如图所示．下列说法正确的是(　　) A．电子衍射图样说明了电子具有粒子性 B．加速电压越大，电子的物质波波长越长 C．电子物质波波长比可见光波长更短 D．动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等 知识点三　量子力学的建立、量子力学的应用 【知识梳理】 借助量子力学，人们深入认识了 (填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性． 1．推动了核物理和粒子物理的发展．人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个 (填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了 学和宇宙学的研究． 2．推动了原子、分子物理和光学的发展 人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术． 3．推动了固体物理的发展 人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有 、绝缘体和半导体之分． 【重难诠释】 【典例精析】 例3． (多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是(　　) A．量子力学完全否定了经典力学 B．量子力学是在早期量子论的基础上创立的 C．量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性 D．“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体