1、学习目标 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.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 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粒子的能量 和动量 p 跟它所对应的波的频率 和波长 之间的关系： h， h p. 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
2、衍射图样，证实了电子的波动性 3说明 除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布 罗意给出的 h和 h p关系同样正确 4电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性 三、量子力学的建立 四、量子力学的应用 借助量子力学，人们深入认识了微观(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、 基本粒子等各个微观(填“宏 观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究 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
3、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导体、绝缘体和半导体之分 判断下列说法的正误 (1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波( ) (2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性( ) (3)宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长( ) (4)量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性( ) 一、粒子的波动性 导学探究 1如图 1 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： 图 1 (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
4、穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ 答案 (1)普朗克能量子和爱因斯坦光子理论 (2)电子具有波动性 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 答案 一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量 大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测 知识深化 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 h p.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
5、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 pmv. (2)根据波长公式 h p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： h， 动量 ph ； 微观粒子的动能：Ek1 2mv 2，动量 pmv. (多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( ) A微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B宏观物体和微观粒子都具有波动性 C宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为
6、明显 答案 BD 解析 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性， A 错误，B 正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C 错误；由 h p，p mv 可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以 电子的波动性更明显，D 正确 (2020 奉新县第一中学高二月考)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
7、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 h 2meU 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 答案 B 解析 实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动 性，故 A 错误；由动能定理可知，eU1 2mv 20，经过电场加速后电子的速度 v 2eU m ， 电子德布罗意波的波长 h p h mv h m 2eU m h 2meU，故 B 正确；由电子的德布罗意波波 长公式 h 2meU可知，加速电压越大，电子德布罗意波波长越短，波长越短衍射现象越不 明显，故 C 错误；质子与电子带电荷量
8、相同，但是质子质量大于电子，动量与动能间存在关 系 p 2mEk，所以由 h p h 2mEk，可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波 长，波长越小则衍射现象越不明显，故 D 错误 针对训练 (2020 湖北高二月考)如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最小的 是( ) A 粒子 B 粒子 C中子 D质子 答案 A 解析 德布罗意波长为 h p，又 pmv，得 h mv，速率相等，即速度大小相同， 粒子的 质量 m 最大，则 粒子的德布罗意波长最小，故 A 正确，B、C、D 错误 二、量子力学的建立 (多选)关于量子力学的说法正确的是( ) A不论是对宏观物体，还是对微观物体
9、，量子力学都是适用的 B量子力学完全否定了普朗克黑体辐射理论、玻尔氢原子理论等早期量子论 C玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础 D激光技术的发展是量子力学的应用在实际生活中的体现 答案 CD 1(物质波的理解)(多选)(2018 上饶中学高二月考)关于物质波，下列认识中正确的是( ) A任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波 BX 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与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象 答案 AC 解析 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的 波
10、，这就是物质波，故 A 正确；X 射线的本质是电磁波，X 射线的衍射实验，证实了 X 射线 的波动性，故 B 错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故 C 正确；物质波具 有干涉、衍射等现象，故 D 错误 2(物质波的理解)(2019 石嘴山三中高二月考)关于物质波，下列说法正确的是( ) A速度相等的电子和质子，电子的波长长 B动能相等的电子和质子，电子的波长短 C动量相等的电子和中子，中子的波长短 D如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的 3 倍，则甲电子的波长 也是乙电子的 3 倍 答案 A 解析 由 h p可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质
11、量小，动量小，波 长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系 p 2mEk可知，电子的动量 小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长相等，C 错误；如果甲、乙两电子的 速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的 3 倍，甲电子的动量也是乙电子的 3 倍，则甲电 子的波长应是乙电子的1 3，D 错误 3(量子力学)(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晶体管“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 答案 BD 4(物质波的理解与计算)如果一个中子和一个质量为 10 g 的子弹都以 103 m/s 的速度运动， 则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为 1.6710 27kg，普朗克常量为 6.6310 34 J s，结果保留三位有效数字) 答案 3.9710 10 m 6.631035 m 解析 中子的动量为 p1m1v 子弹的动量为 p2m2v 由 h p知中子和子弹的德布罗意波长分别为 1 h p1，2 h p2 联立以上各式解得 1 h m1v，2 h m2v 代入数据可解得 13.9710 10 m， 26.6310 35 m.
