第四章　5　粒子的波动性和量子力学的建立 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修三

5　粒子的波动性和量子力学的建立 [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(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。 一、粒子的波动性 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＝_____。 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？ _____ _____ _____ _____ 例1　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，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 例2　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 例3　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2.0×102 m/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1.99×10－26 kg，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则该碳60分子的物质波波长约(　　) A．1.7×10－10 m B．3.6×10－11 m C．2.8×10－12 m D．1.9×10－18 m 计算物质波波长的方法 (1)首先根据物体的速度计算其动量。如果知道物体动能，也可以直接用p＝计算其动量。 (2)再根据λ＝计算德布罗意波长。 (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，动量还可用p＝mv计算。 二、物质波的实验验证 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？ _____ _____ _____ _____ 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。 例4　1927年戴维森和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一，如图所示是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是(　　) 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 例5　(2022·南京市期末)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 三、量子力学 1．量子力学的建立 在以玻恩、海森堡、薛定谔以及狄拉克和泡利为代表的众多物理学家 ... ...