4.5粒子的波动性和量子力学的建立-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（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 知识点一、粒子的波动性 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＝. 知识点二、物质波的实验验证 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年戴维孙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． 知识点三、量子力学的建立 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. [例题1] 下列说法正确的是（　　） A．物质波属于机械波 B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都具有一种波和它对应 D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 [例题2] 实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中不能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．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 C．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 [例题3] （多选）利用金属晶格（大小约10﹣10m）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，然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、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（　　） A．该实验说明电子具有波动性 B．实验中电子束的德布罗意波长为λ C．加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显 D．若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显 [例题4] 宏观物体和微观粒子都具有波动性和粒子性，试计算下面两种情况下的德布罗意波波长，并比较其波动性哪个更明显。（1）奥运会百米飞人大战中，某运动员跑出9秒81的好成绩，设该运动员质量约为74kg，普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s．（2）一个静止的电子经U＝1×104V电压加速。已知电子质量m＝0.91×10﹣30kg，电子电荷量e＝1.6×10﹣19C。 [例题5] 如图所示为证实电子波存在的实验装置，从F上漂出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U＝104V，电子质量为m＝9.1×10﹣31kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金箔上，发生衍射现象，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波长。（已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s） 1. 关于物质波，下列说法正确的是（　　） A．物质波就是光波 B．物质波是一种概率波 C．动量越大的粒子波动性越明显 D．爱因斯坦首先提出了物质波的假说 2. 下列叙述中，符合物理学史实的是（　　） A．X射线衍射实验，证实德布罗意波的假设是正确的 B．楞次总结出了电磁感应定律 C．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 D．奥斯特最先发现电流的磁效应 3. 下列说法中正确的是（　　） A．物质波属于机械波 B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C．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 D．宏观物体运动时不具有波动性 4. 物理学的发展带来了社会的巨大变革，近300年物理学经历了三次重大突破，每一次突破都给科学技术带来革命性的发展变化，下面叙述中不属于这三次突破的内容是（　　） A．牛顿力学的建立和热力学的发展 B．麦克斯韦创立了电磁理论 C．相对论、量子力学的创立 D．计算机的发明和发展