1、第四章原子结构和波粒二象性第5节粒子的波动性和量子力学的建立【素养目标】1. 理解德布罗意波，会解释相关现象【必备知识】知识点一、粒子的波动性(1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，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)物质波的波长、频率关系式，.知识点二、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利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的波动性
2、 电子束穿过铝箔后的衍射图样(3)说明人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性知识点三、量子力学的建立和应用（1） 量子力学：描述微观世界行为的理论。（2） 量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命。量子力学和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础。（3） 量子力学的应用量子力学推动了核物理和粒子物理的发展量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展量子力学推动了固体物理的发展【课堂检测】1.下列说法中正确的是 ()A物质波属于机械波B物质波与机
3、械波没有本质区别C只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波【解析】物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A、B均错误；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C错误；德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，D正确【答案】D2.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长？(中子的质量为1.671027 kg)【解析】中子的动量为p
4、1m1v，子弹的动量为p2m2v，据知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为1，2联立以上各式解得：1，2将m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面两式可解得14.01010 m，26.631035 m.【答案】4.01010 m6.631035 m【素养作业】1下列说法正确的是（）A光子就是质点B光不具有波动性C光具有波粒二象性D实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质【答案】C【详解】光子的本质是电磁波，不是质点；光具有波粒二象性；实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，但是实物粒子与光子是不同本质的物质
5、。故选C。2下列关于波粒二象性说法正确的是（）AX射线的比紫光的波动性明显B通过同一个双缝干涉装置，粒子性越明显的光条纹间距越大C大量光子体现出波动性，个别光子体现出粒子性D电子的波动性对应的物质波与水波是同一种波【答案】C【详解】AX射线的频率大，波长短，故X射线的比紫光的波动性弱，故A错误；B通过同一个双缝干涉装置，粒子性越明显则波长短， ，光条纹间距越小，故B错误；C光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C正确；D物质波是概率波，而机械波是由机械振动在介质中的传播，故两者是完全不同的概念，故D错误。故选C。3美国物理学家阿瑟阿什金因利用光的力量
6、来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光技术在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（）A光镊技术利用光的粒子性B光镊技术利用光的波动性C红色激光光子能量大于绿色激光光子能量D红色激光光子动量大于绿色激光光子动量【答案】A【详解】AB光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，A正确，B错误；C红光的频率小于绿光的频率，根据可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，C错误。D红色激光光子的频率小于绿色激光光子的频率，则红色激光光子的波长大于绿色激光光
7、子的波长，根据可知红色激光光子动量小于绿色激光光子动量，D错误。故选A。4用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a、b、c所示的图像，则下列说法不正确的是（）A图像a表明光具有粒子性B图像b表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图像D实验表明光子在空间各点出现的可能性的大小（即概率），可以用波动规律来描述【答案】C【详解】A图像a以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，表明光具有粒子性，选项A正确；B图像b有明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，表明光具有波动性，选项B正确；C因为紫外光是不可见光，所以直接用眼睛观察不到类似的图象，但是
8、用感光胶片是可以观察到类似现象的，选项C错误；D实验表明光子在空间各点出现的可能性的大小（即概率），可以用波动规律来描述，选项D正确。本题选不正确的，故选C。5波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有（）A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有粒子性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等【答案】A【详解】A光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；B衍射是波特有的性质；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，B错误；C黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了
9、黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，C错误；D由及可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，D错误。故选A。6关于光的本性，下列说法错误的是（）A泊松亮斑说明光具有波动性B偏振现象说明光是一种纵波C光是一种概率波D光子除了具有能量之外还具有动量【答案】B【详解】A泊松亮斑是光的衍射，说明光具有波动性，A正确，不符合题意；B偏振现象说明光是一种横波，B错误，符合题意；C光具有波粒二象性，光是一种概率波，C正确，不符合题意；D光电效应证明光子具有能量，康普顿散射实验证明光子具有动量，D正确，不符合题意。故选B。7“4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代4G
10、所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109）， 而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（）A光子能量较小B光子动量较大C在真空中传播速度更大D遇到障碍物更容易发生衍射现象【答案】B【详解】A根据光子能量可知5G使用的电磁波光子能量较大，A错误；B根据光子动量可知，5G使用的电磁波光子动量较大，B正确；C所有频率的光在真空中传播的速率均为，C错误；D由于波长可知5G使用的电磁波波长更短，遇到障碍物不容易发生衍射现象，D错误。故选B。8肆虐全球的新冠肺炎由新冠病毒引发，新冠病毒直径约60-140nm，通常需要借助电子显微镜才能看到
11、。如图所示为某型号电子显微镜，竖直圆筒的上下两端分别装着电极，电子在两电极间从上向下加速，电子的动量越大，显微镜的分辨率就越高。假设电子由静止开始加速，下列说法正确的是（）A圆筒上端为正极，下端为负极B两极间电压越大，电子离开电极时的波长越长C若两极间电压不变，增大圆筒长度可提高显微镜的分辨率D若将电子改为质子，以相同电压加速时质子显微镜分辨率更高【答案】D【详解】A电子在两电极间从上向下加速，说明电场方向从下向上，下端为正极，上端为负极，选项A错误；B两极间电压越大，电子离开电极时的速度越大，电子的动量越大，根据可知波长越小，选项B错误；C若两极间电压不变，根据电子离开电极时的速度不变，显微镜的分辨率不变，选项C错误；D由于质子的质量远远大于电子的质量，以相同电压加速时，质子和电子获得的动能相同，根据可知质子的动量更大，因此质子显微镜分辨率更高，选项D正确。故选D。
