4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

4.5 粒子的波动性和量子力学的建立
基础知识导学
一、粒子的波动性及物质波的实验验证
1．粒子的波动性
(1)德布罗意波：每一个 的粒子都与一个对应的波相联系，这种与 相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫作 。
(2)物质波的波长：λ＝ 。
(3)物质波的频率：ν＝ 。
2．物质波的实验验证
(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年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了 的衍射图样，证实了 的波动性。
(3)说明：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＝的关系同样正确。
(4)实物粒子也具有 。
二、量子力学的建立及应用
1．早期量子论的创立
(1)普朗克 理论，能量子ε＝hν。
(2)爱因斯坦 理论，光子ε＝hν。
(3)康普顿 理论：光子动量p＝ 。
(4)玻尔 理论：氢原子发光hν＝En－Em。
(5)德布罗意 假说，频率：ν＝，波长λ＝。
2．现代量子论的创立
20世纪中期，在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述 行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为
学。
3．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。(2)量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。(3)量子力学推动了固体物理的发展。
基础小题试练
1.激光可以冷却中性原子，此过程光子和原子的物质波波长近似相等，则二者具有相近的( )
A.速度 B.动量 C.质量 D.能量
2.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长，其波动性越显著 D.康普顿效应表明光具有波动性
3.下列说法中正确的是( )
A.质量大的物体，其德布罗意波长短 B.速度大的物体，其德布罗意波长短
C.动量大的物体，其德布罗意波长短 D.动能大的物体，其德布罗意波长短
4.在物理学理论建立的过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献。关于科学家和他们的贡献，下列说法中不正确的是( )
A.赫兹通过测量光电效应中几个重要物理量，算出了普朗克常量h
B.法拉第提出了场的概念，并用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场
C.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许第一次在实验室测定了万有引力常量
D.盖-吕萨克首先通过实验发现一定质量的理想气体，在压强不变时，体积和热力学温度成正比
5.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
答案以及解析
1.答案：B
解析：根据德布罗意波波长公式可知，若两个粒子产生的德布罗意波的波长相等，则两粒子一定具有相同的动量。
故选B。
2.答案：C
解析：A.一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；B.虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场的形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；C.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；D.康普顿效应表明光具有粒子性，D错误；故选C。
3.答案：C
解析：根据德布罗意波波长的公式，其中h是常量，动量p大的物体，其波长短，故C正确，ABD错误.
故选：C.
4.答案：A
解析：A.密立根通过测量光电效应中几个重要物理量，算出了普朗克常量h，故A错误；
B.法拉第提出了场的概念，并用电场线和磁感线形象地描述电场和磁场，故B正确；
C.牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许第一次在实验室测定了万有引力常量，故C正确；
D.盖-吕萨克首先通过实验发现一定质量的理想气体，在压强不变时，体积和热力学温度成正比，故D正确。
故选A。
5.答案：A
解析：A.由
可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质量小，动量小，波长长，故A正确；
B.电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系
可知，电子的动量小，波长长，故B错误；
C.动量相等的电子和中子，其波长相等，故C错误；
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，甲电子的动量也是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的，故D错误。
故选A。