第四章　5　粒子的波動性和量子力學的建立

5粒子的波動性和量子力學的建立［學習目標］1.了解粒子的波動性，知道物質(zhì)波的概念。2.了解什么是德布羅意波，會解釋有關現(xiàn)象(重點)。3.了解量子力學的建立過程及其在具體物理系統(tǒng)中的應用。一、粒子的波動性1.德布羅意假設：每一個的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫波。

2.粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間的關系：ν=，λ=。

德布羅意認為任何運動著的物體均具有波動性，射擊運動員射擊時會因為子彈的波動性而“失準”嗎？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)光子對應的波是電磁波，實物粒子對應的波是機械波。()(2)只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才有波動性，宏觀物體運動時不具有波動性。()例1(多選)關于物質(zhì)波，下列說法正確的是()A.實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性，所以實物粒子與光子是相同本質(zhì)的物質(zhì)B.微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性C.粒子的動量越小，其波動性越易觀察D.粒子的動量越大，其波動性越易觀察例2如圖所示，碳60是由60個碳原子組成的足球狀分子，科研人員把一束碳60分子以2.0×102m/s的速度射向光柵，結(jié)果在后面的屏上觀察到條紋。已知一個碳原子質(zhì)量為1.99×10-26kg，普朗克常量為6.63×10-34J·s，則該碳60分子的物質(zhì)波波長約為()A.1.7×10-10m B.3.6×10-11mC.2.8×10-12m D.1.9×10-18m計算物質(zhì)波波長的方法(1)首先根據(jù)物體的速度計算其動量。如果知道物體動能，也可以直接用p=2m(2)再根據(jù)λ=hp(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達式，如光子的能量：ε=hν，動量p=hλ，微觀粒子的動能Ek=12mv2，動量還可用p=二、物質(zhì)波的實驗驗證如圖是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問題：(1)德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設的理論基礎是什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.實驗探究思路：、是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。

2.實驗驗證：1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的。

3.說明除了電子以外，人們陸續(xù)證實了中子、質(zhì)子以及原子、分子的，對于這些粒子，德布羅意給出的ν=和λ=關系同樣正確。

4.電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有性。

例3(多選)著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束經(jīng)過電場加速后通過多晶薄膜，得到了如圖所示的衍射圖樣，已知電子質(zhì)量為m=9.1×10-31kg，加速后電子速度v=5.0×105m/s，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，則()A.該圖樣說明了電子具有粒子性B.該實驗中電子的德布羅意波長約為1.5nmC.加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越長D.使用電子束工作的電子顯微鏡中，加速電壓越大，分辨本領越強

三、量子力學1.量子力學的建立2.量子力學的應用借助量子力學，人們深入認識了(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。

(1)推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進了學和宇宙學的研究。

(2)推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展人們認識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術。(3)推動了固體物理的發(fā)展人們了解了固體中電子運行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有、絕緣體和半導體之分。

例4(多選)下列關于量子力學的發(fā)展史及應用的說法中，正確的是()A.量子力學完全否定了經(jīng)典力學B.量子力學是在早期量子論的基礎上創(chuàng)立的C.量子力學使人們深入認識了微觀世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性D.“芯片”等器件利用固體的微觀結(jié)構(gòu)對電路進行操控，是量子力學在固體物理中的應用答案精析一、1.運動物質(zhì)2.εhh思考與討論不會。因為現(xiàn)實情況下子彈的德布羅意波長遠比宏觀物體的尺度小得多，根本無法觀察到它的波動性，忽略它的波動性也不會引起大的偏差，所以不會“失準”。易錯辨析(1)×(2)×例1BC［實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性，但實物粒子與光子不是相同本質(zhì)的物質(zhì)，選項A錯誤；微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性，選項B正確；根據(jù)λ=hp，可知粒子的動量越大，則波長越短，其波動性越不明顯，越不易觀察；粒子的動量越小，則波長越長，其波動性越明顯，越容易觀察，選項C正確，D錯誤。例2C［設一個碳原子的質(zhì)量為m，碳60分子的動量為p=60mv，根據(jù)德布羅意波長公式λ=hp，代入數(shù)據(jù)得λ≈2.8×10-12m，故C正確，A、B、D二、(1)普朗克能量子和愛因斯坦光子理論。(2)電子具有波動性。梳理與總結(jié)1.干涉衍射2.波動性3.波動性εhh4.波粒二象例3BD［題圖為電子束通過多晶薄膜的衍射圖樣，衍射是波所特有的現(xiàn)象，所以該圖樣說明了電子具有波動性，A錯誤；由λ=hp和p=mv，聯(lián)立得λ=hmv≈1.5nm，該實驗中電子的德布羅意波長約為1.5nm，B正確；由λ=hp和p=2mEk=2meU，聯(lián)立得λ=三、2.微觀(1)微觀天文(3)導體例4BCD［量子