新教材人教版選擇性必修第三冊(cè)4.5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立學(xué)案

5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立［學(xué)習(xí)FI標(biāo)］1.了解粒子的波動(dòng)性，知道物質(zhì)波的概念.2.了解什么是德布羅意波，會(huì)解釋有關(guān)現(xiàn)象.3.了解量子力學(xué)的建立過(guò)程及其在具體物理系統(tǒng)中的應(yīng)用.一、粒子的波動(dòng)性.德布羅意波：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波..粒子的能量￡和動(dòng)量〃跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率丫和波長(zhǎng)2之間的關(guān)系：丫=木入告.二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.實(shí)驗(yàn)探究思路：王透、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生強(qiáng)或衍射現(xiàn)象..實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴維森和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)性..說(shuō)明除了電子以外，人們陸續(xù)證實(shí)了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動(dòng)性,對(duì)于這些粒子，德布ph羅意給出的y=得和％=彳關(guān)系同樣正確..電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性.三、量子力學(xué)的建立四、量子力學(xué)的應(yīng)用借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識(shí)了幽（填“宏觀”或“微觀”）世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性..推動(dòng)了核物理和粒子物理的發(fā)展.人們認(rèn)識(shí)了原子、原子核、基本粒子等各個(gè)微觀（填“宏觀”或“微觀”）層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進(jìn)了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究..推動(dòng)了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展人們認(rèn)識(shí)了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場(chǎng)相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對(duì)原子和電磁場(chǎng)進(jìn)行精確操控和測(cè)量的技術(shù)..推動(dòng)了固體物理的發(fā)展人們了解了固體中電子運(yùn)行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分..判斷下列說(shuō)法的正誤.（I）一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波.（X）⑵電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性.（J）（3）宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射和干涉現(xiàn)象，是因?yàn)楹暧^物體的波長(zhǎng)太長(zhǎng).（X）（4）量子力學(xué)的建立，使人們深入認(rèn)識(shí)了微觀世界的組成,、結(jié)構(gòu)和屬性.（J）.(多選)關(guān)于物質(zhì)波，以下觀點(diǎn)正確的是0A.只要是運(yùn)動(dòng)著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B.只有運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子才有物質(zhì)波，對(duì)于宏觀物體，不論其是否運(yùn)動(dòng)，都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波C.由于宏觀物體的德布羅意波長(zhǎng)太小，所以無(wú)法觀察到它們的波動(dòng)性D.電子束照射到金屬晶體上得到電子束的衍射圖樣，從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)是正確的答案ACD解析只要是運(yùn)動(dòng)著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，故A正確，B錯(cuò)誤；由于宏觀物體的德布羅意波長(zhǎng)太小，所以無(wú)法觀察到它們的波動(dòng)性，故C正確；電子束照射到金屬晶體上得到了包子束的衍射圖樣，從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)是正確的，故D正確.一、粒子的波動(dòng)性【導(dǎo)學(xué)探究】.如圖1是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問(wèn)題：圖1(I)德布羅意提出“實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性”假設(shè)的理論基礎(chǔ)是什么？⑵電子束穿過(guò)鋁箔的衍射圖樣說(shuō)明了什么？答案(1)普朗克能量子和愛因斯坦光子理論.(2)電子具有波動(dòng)性..德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均具有波動(dòng)性，可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車，并未感覺(jué)到它的波動(dòng)性，你如何理解該問(wèn)題？談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí).答案一切微觀粒子都存在波動(dòng)性，宏觀物體(汽車)也存在波動(dòng)性，只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大,動(dòng)量大，產(chǎn)生的物質(zhì)波的波長(zhǎng)短，難以觀測(cè).【知識(shí)深化】.對(duì)物質(zhì)波的理解(I)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性，這種波叫物質(zhì)波，其波長(zhǎng)2=去我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小.(2)德布羅意假說(shuō)是光的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波..計(jì)算物質(zhì)波波長(zhǎng)的方法⑴根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式〃=〃“⑵根據(jù)波長(zhǎng)公式4=1求解.⑶注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式.如光了?的能量：￡=加，，動(dòng)量〃=，；A微觀粒子的動(dòng)能：Ek=；〃加，動(dòng)量〃=/如.例?（多選）根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說(shuō)法中正確的是0A.微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒(méi)有波動(dòng)性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C.宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯答案BD解析一切運(yùn)動(dòng)的物體都有一種物質(zhì)波與它對(duì)應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤，B正確：宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，不易觀察到它的波動(dòng)性，C錯(cuò)誤；由a=去P=〃口可知，速度相同的質(zhì)子與電子相比，電子質(zhì)量小，動(dòng)量小，故其物質(zhì)波波長(zhǎng)更長(zhǎng)，所以電子的波動(dòng)性更明顯，D正確.例?（2020?奉新縣第一中學(xué)高二月考）利用金屬晶格（大小約作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過(guò)電場(chǎng)加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣.已知電子質(zhì)量為用，電荷量為e,初速度為0,加速電壓為U,普朗克常量為/?,則下列說(shuō)法中正確的是（）A.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電子具有粒子性B.實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為4=意而C.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D.若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯答案B解析實(shí)臉得到了電子的衍射圖樣，說(shuō)明電子這種實(shí)物粒子發(fā)生了衍射，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，故A錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理可知，eU=^mv2—（）,經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后電子的速度電子德布羅意波的波長(zhǎng)大=氏=/=—y==-7==,故B正確；由電子的德布羅意波波長(zhǎng)公式可知，加速電壓越大，電子德布羅意波波長(zhǎng)越短，波長(zhǎng)越短衍射現(xiàn)象越不明顯，y]2meU故C錯(cuò)誤；質(zhì)子與電子帶電荷量相同，但是質(zhì)子質(zhì)量大于電子，動(dòng)量與動(dòng)能間存在關(guān)系〃=2〃島,所以由人=勺=下』，可知質(zhì)子的德布羅意波波長(zhǎng)小于電子的德布羅意波波長(zhǎng)，波P72〃1打長(zhǎng)越小則衍射現(xiàn)象越不明顯，故D錯(cuò)誤.針對(duì)訓(xùn)練（2020.湖北高二月考）如果下列四種粒子具有相同的速率，則德布羅意波長(zhǎng)最小的是0a粒子B.P粒子C.中子D.質(zhì)子答案A解析德布羅意波長(zhǎng)為又得力=總速率相等，即速度大小相同，a粒子的質(zhì)量機(jī)最大，則a粒子的德布羅意波長(zhǎng)最小，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.二、量子力學(xué)的建立例€>（多選）關(guān)于量子力學(xué)的說(shuō)法正確的是0A.不論是對(duì)宏觀物體，還是對(duì)微觀物體，量子力學(xué)都是適用的B.量子力學(xué)完全否定了普朗克黑體輻射理論、玻爾氫原子理論等早期量子論C.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)D.激光技術(shù)的發(fā)展是量子力學(xué)的應(yīng)用在實(shí)際生活中的體現(xiàn)答案CD.（物質(zhì)波的理解）（多選）（2021.上饒中學(xué)高二月考）關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中正確的是0A.任何運(yùn)動(dòng)的物體都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D.與宏觀物體相聯(lián)系的物質(zhì)波不具有干涉、衍射等現(xiàn)象答案AC解析任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有與其本身相聯(lián)系的波，這就是物質(zhì)波，故A正確；X射線的本質(zhì)是也磁波，X射線的衍射實(shí)臉，證實(shí)了X射線的波動(dòng)性，故B錯(cuò)誤；電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的，故C正確；物質(zhì)波具有干涉、衍射等現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤.2.（物質(zhì)波的理解）（2021?石嘴山三中高二月考）關(guān)于物質(zhì)波，下列說(shuō)法正確的是0A.速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)B.動(dòng)能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長(zhǎng)短C,動(dòng)量相等的電子和中子，中子的波長(zhǎng)短D.如果甲、乙兩電子的速度遠(yuǎn)小于光速，甲電子的速度是乙電子的3倍，則甲電子的波長(zhǎng)也是乙電子的3倍答案A解析由/1=怖可知，動(dòng)量大的波長(zhǎng)短，電子與質(zhì)子的速度相等時(shí)，電子質(zhì)量小，動(dòng)量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)，A正確：電子與質(zhì)子動(dòng)能相等時(shí)，由動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系p=、2mEk可知,電子的動(dòng)量小，波長(zhǎng)長(zhǎng)，B錯(cuò)誤；動(dòng)量相等的電子和中子，其波長(zhǎng)相等，C錯(cuò)誤；如果甲、乙兩電子的速度遠(yuǎn)小于光速，甲電子的速度是乙電子的3倍，甲電子的動(dòng)量也是乙電子的3倍，則甲電子的波長(zhǎng)應(yīng)是乙電子的/D錯(cuò)誤.3.（量子力學(xué)）（多選）下列關(guān)于量子力學(xué)的發(fā)展史及應(yīng)用的說(shuō)法中，正確的是（）A.量子力學(xué)完全否定了經(jīng)典力學(xué)B.量子力學(xué)是在早期量子論的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的C.量子力學(xué)使人們深入認(rèn)識(shí)了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性D.晶體管“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電路進(jìn)行操控，是量子力學(xué)在固體物理中的應(yīng)用答案BD4.（物質(zhì)波的理解與計(jì)算）如果?個(gè)中子和?個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德