5．粒子的波動性和量子力學的建立第四章原子結構和波粒二象性學習任務1．知道實物粒子的波動性假設和實驗驗證。2．知道實物粒子和光一樣也具有波粒二象性。3．體會量子力學的建立對人們認識物質世界的影響。關鍵能力·情境探究達成1．粒子的波動性(1)德布羅意波。1924年法國巴黎大學的德布羅意提出假設：實物粒子也具有______，每一個____的粒子都與一個對應的波相聯系，這種與實物粒子相聯系的波稱為德布羅意波，也叫______。知識點一粒子的波動性物質波的實驗驗證波動性運動物質波(2)物質波的波長、頻率關系式。ν＝__，λ＝__。

2．物質波的實驗驗證(1)實驗探究思路。____、衍射是波特有的現象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現象。(2)實驗驗證。1927年戴維森和G．P．湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了____的衍射圖樣，如圖所示，證實了____的波動性。干涉電子電子

提醒：所有物體都具有波動性和粒子性。波動性動量很小根據測算，羽毛球離拍時的最大速度可達到288km/h，羽毛球的質量為5.0g，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s。【問題】(1)求德布羅意波的波長。(2)能否觀察到羽毛球的波動性？

1．物質的分類(1)由分子、原子、電子、質子及由這些粒子組成的物質。(2)“場”也是物質，像電場、磁場、電磁場這種看不見的，不是由實物粒子組成的，而是一種客觀存在的特殊物質。2．物質波的普遍性：任何物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小。

(4)一般宏觀物體物質波的波長很短，波動性很不明顯，難以觀察到其衍射現象，如只有利用金屬晶格中的狹縫才能觀察到電子的衍射圖樣?！镜淅?】

(2021·浙江6月選考)已知普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，電子的質量為9.11×10-31kg。一個電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數量級為(

)A．10-8

B．106C．108 D．1016√

[跟進訓練]1．用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示為不同數量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明(

)A．光只有粒子性沒有波動性B．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性C．光只有波動性沒有粒子性D．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性√B

[由于光的傳播不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份就是一個光子，所以每次通過狹縫只有一個光子，當一個光子到達某一位置時，該位置感光而留下痕跡，由于單個光子表現粒子性，即每一個光子所到達的區(qū)域是不確定的，但是大量光子表現出波動性，所以長時間曝光后最終形成了第三個圖片中明暗相間的條紋，故該實驗說明了光具有波粒二象性，故A、C、D錯誤，B正確。]1．量子力學的建立(1)普朗克________理論、愛因斯坦________理論、康普頓____理論、玻爾______理論以及德布羅意______假說等一系列理論在解釋實驗方面都取得了成功。知識點二量子力學的建立及應用黑體輻射光電效應散射氫原子物質波(2)在以玻恩、海森堡、薛定諤以及英國的狄拉克和奧地利的泡利為代表的眾多物理學家的共同努力下，描述微觀世界行為的理論被逐步完善并最終完整地建立起來，它被稱為________。2．量子力學的應用(1)量子力學推動了核物理和____物理的發(fā)展。(2)量子力學推動了原子、分子物理和____的發(fā)展。(3)量子力學推動了____物理的發(fā)展。量子力學粒子光學固體1．描述微觀世界的需要(1)經典物理學的困惑。在和原子、分子等微觀粒子的行為緊密相關的各類系統(tǒng)中，普遍存在運用經典物理學無法解釋的現象。如黑體輻射、光電效應、氫原子光譜等。(2)舊量子論的提出。普朗克黑體輻射理論、愛因斯坦光電效應理論、康普頓散射理論、玻爾氫原子理論以及德布羅意物質波假說等一系列理論在解釋實驗方面都取得了成功，但均只能針對某一個特定問題，沒有形成普遍性理論。2．量子力學的巨大成功(1)用矩陣力學對玻爾氫原子理論進行推廣和改造，使之可以適用更普遍的情況。(2)把波動力學應用于氫原子，很容易能得到氫原子光譜的公式，使玻爾理論的局限性得以消除。(3)理論上證明，矩陣力學和波動力學在數學上是等價的，它們是同一種理論的兩種表達方式。3．量子力學的應用(1)量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。(2)量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展。(3)量子力學推動了固體物理的發(fā)展?！镜淅?】下列描述與“量子計算機”的原理相符的是(

)A．人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式B．根據量子力學，人們發(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C．利用固體的微觀結構對電路進行操控，速度和可靠性都遠勝過去的電子管，而體積則小得多D．人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質結構√C

[科學家們利用半導體的獨特性質發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件，并結合激光光刻技術制造了大規(guī)模集成電路，俗稱“芯片”。這些器件利用固體的微觀結構對電路進行操控，速度和可靠性都遠勝過去的電子管，而體積則小得多?？克鼈?，人們才可以制造體積小且功能強大的電子計算機、智能手機等信息處理設備，C正確。]學習效果·隨堂評估自測1．(多選)關于量子力學的說法正確的是(

)A．不論是對宏觀物體，還是對微觀物體，量子力學都是適用的B．量子力學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，為量子力學的建立奠定了基礎D．激光技術的發(fā)展是量子力學的應用在實際生活中的體現243題號1√√√ACD

[不論是對宏觀物體，還是微觀粒子，量子力學都是適用的，故A正確；普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一；玻爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，故B錯誤，C正確；激光技術的發(fā)展是量子力學的應用在實際生活中的體現，故D正確。]243題號12．著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示的衍射圖樣。已知電子質量m＝9.1×10-31kg，加速后電子速度v＝5.0×106m/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0.15nmC．加速電壓越大，電子的物質波波長越大D．使用電子束工作的電子顯微鏡時，加速電壓越大，分辨本領越弱

243題號1√

243題號13．(2022·浙江1月選考)(多選)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10-23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列說法正確的是(

)A．發(fā)射電子的動能約為8.0×10-15JB．發(fā)射電子的物質波波長約為5.5×10-11mC．只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D．如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣243題號1√√

243題號1

243題號1√

243題號1回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．什么叫德布羅意波？提示：與實物粒子相聯系的波，也叫物質波。2．寫出