第四章 5 粒子的波动性和量子力学的建立-【精讲精练】2023-2024学年高中物理选择性必修第三册人教版(教师用书)

享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 5粒子的波动性和量子力学的建立 [学业要求] 1.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 2.掌握=hp的含义及应用。 3.了解量子力学的建立及应用。 /预习案必备知识·问题导学 /通教材·理知识·素养初成 一、粒子的波动性 1.德布罗意波：每一个运动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，也叫物质波。 2.物质波的波长：1=p。 3.物质波的频率：v=eh。 二、物质波的实验验证 1.实验探究思路：干涉、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，也应该发生干涉或衍射现象。 2.实验验证：1927年藏维森和GP.汤姆孙分别利用单晶和多晶晶体做了电子束衍 射的实验，得到了类似图甲的电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 印 乙 3.说明：人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德 布罗意给出的v=eh和A=hp关系同样正确。 三、量子力学的建立和应用 1.1925年，德国物理家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造， 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_。 2.1926年奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程一薛定谔方程。 3.1926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。 4,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 量子力学。 5.量子力学推动了 (1)核物理和粒子物理的发展： ·独家授权侵权必究。 享学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b2XXk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 (2)原子、分子物理和光学的发展： (3)固体物理的发展。 I自我诊断 1.(多选)下列说法的正确的是() A.量子力学推动了固体物理的发展 B.一切宏观物体都伴随一种波，即物质波 C.湖面上的水波就是物质波 D,电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性 答案AD 2.质量为1000kg的小汽车以℃=40ms的速度在高速公路上行驶，则估算小汽车的德 布罗意波长为1.66×10-38m。 丫探究案关键能力·互动探究 /析考点·特规律·素养是升 探究点一物质波的理解和波长计算 1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，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短。 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。 3.1927年戴维森和GP汤姆孙分别利用单品和多晶品体做了电子束衍射的实验，证实 了电子的波动性。后来通过实验陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些 粒子，6=和p=h入同样成立。 例团（多选）关于物质波，下列认识正确的是() A.任何运动的物体（质点）都伴随一种波，这种波叫物质波 B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D.宏观物体尽管可以看作物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象 [解析]据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、 太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，A选项正确；由于X射线本身就是一种 波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误： 电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确： 由电子穿过铝箔的行射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量 电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、 衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误。 ·独家授权侵权必究 令学科网书城国 品牌书店·知名数辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 [答案]AC 例② 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，波长是入=p,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方的物体1和一个德布罗意波长为2的物体2，二者相向碰 撞后粘在一起，己知p2,则粘在一起的物体的德布罗意波长为多少？ [解析以物体2碰前速度的方向为正方向，由动量守恒定律仍一乃=(m十m)加及p= h入，得h入2-hX1=h入，所以=入1入2入1-入2。 [答案]入1λ2入1-入2