第四章　5　粒子的波动性和量子力学的建立

DISIZHANG第四章5粒子的波动性和量子力学的建立1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念。2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象(重点)。3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用。

学习目标一、粒子的波动性二、物质波的实验验证课时对点练三、量子力学

内容索引粒子的波动性一1.德布罗意假设：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=____。运动物质

德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？思考与讨论答案不会。因为现实情况下子弹的德布罗意波长远比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性，忽略它的波动性也不会引起大的偏差，所以不会“失准”。(1)光子对应的波是电磁波，实物粒子对应的波是机械波。(

)(2)只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才有波动性，宏观物体运动时不具有波动性。(

)××

(多选)关于物质波，下列说法正确的是A.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相同

本质的物质B.微观粒子在一定条件下能表现出波动性C.粒子的动量越小，其波动性越易观察D.粒子的动量越大，其波动性越易观察例1√√

如图所示，碳60是由60个碳原子组成的足球状分子，科研人员把一束碳60分子以2.0×102m/s的速度射向光栅，结果在后面的屏上观察到条纹。已知一个碳原子质量为1.99×10-26kg，普朗克常量为6.63×10-34J·s，则该碳60分子的物质波波长约为A.1.7×10-10m B.3.6×10-11mC.2.8×10-12m D.1.9×10-18m例2√

总结提升

返回物质波的实验验证二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？答案

普朗克能量子和爱因斯坦光子理论。(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？答案

电子具有波动性。1.实验探究思路：

、

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年戴维森和G.P.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。梳理与总结干涉衍射波动性波动性

波粒二象

(多选)著名物理学家汤姆孙曾在实验中让电子束经过电场加速后通过多晶薄膜，得到了如图所示的衍射图样，已知电子质量为m=9.1×10-31kg，加速后电子速度v=5.0×105m/s，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，则A.该图样说明了电子具有粒子性B.该实验中电子的德布罗意波长约为1.5nmC.加速电压越大，电子的物质波波长越长D.使用电子束工作的电子显微镜中，加速

电压越大，分辨本领越强例3√√

返回量子力学三1.量子力学的建立2.量子力学的应用借助量子力学，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。微观微观天文(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。导体

(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

固体物理中的应用例4√√√量子力学没有否定经典力学理论，故A错误；在普朗克、玻尔等人所建立的量子论的基础上，玻恩、海森堡、薛定谔等众多科学家逐步完善并建立了量子力学，故B正确；量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性，故C正确；“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用，故D正确。返回课时对点练四考点一粒子的波动性物质波的实验验证1.以下关于物质波的说法正确的是A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B.宏观物体不存在对应的波C.电子在任何条件下都能表现出波动性D.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的1234567891011基础对点练√1234567891011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，这种波称为物质波，故A、B错误；电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来，故C错误；电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，D正确。

1234567891011√√√1234567891011

3.(多选)1927年戴维森和汤姆孙完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一，如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性1234567891011√√√1234567891011电子属于实物粒子，电子衍射实验说明实物粒子具有波动性，说明物质波理论是正确的，故B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，故A正确。4.德布罗意提出实物粒子(例如电子)也具有波动性。以下不能支持这一观点的物理事实是A.利用晶体可以观测到电子束的衍射图样B.电子束通过双缝后可以形成干涉图样C.用紫外线照射某金属板时有电子逸出D.电子显微镜因减小衍射现象的影响而具有更高的分辨本领1234567891011√1234567891011利用晶体做电子衍射实验，得到了电子衍射图样，证明了电子的波动性，故A能；电子束通过双缝后可以形成干涉图样，证明了电子的波动性，故B能；用紫外线照射某金属板时有电子逸出，发生光电效应现象，说明光子具有粒子性，故C不能；电子显微镜因减小衍射现象的影响而具有更高的分辨本领，利用了电子的衍射特性，证明了电子的波动性，故D能。5.(2024·丽水市月考)在科学研究中，常利用热中子衍射研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距(约10-10m)相近。已知中子质量m=1.66×10-27kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，电子电荷量e=1.6×10-19C，可以估算热中子动能的数量级为A.10-15J B.10-18JC.10-2eV D.102eV1234567891011√1234567891011

1234567891011√1234567891011

考点二量子力学7.(多选)关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是A.不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B.量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动C.经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动D.普朗克能量子假说的提出，使人类对客观世界的认识开始从宏观世界

深入到微观世界1234567891011√√

1234567891011能力综合练√1234567891011

1234567891011

1234567891011√1234567891011

10.(多选)(2022·浙江1月选考)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是A