第5节 粒子的波动性和量子力学的建立 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（26页PPT）

(共26张PPT)
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
图解课标要点
_______________________________ 光是电磁波，但光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性；电子等粒子具有粒 子性，那么实物粒子是否也会同时具有波动性呢？德布罗意提出了物质波假说，后 来，科学家又通过电子的双缝干涉图样证实了物质波的存在。 学思用·典例详解
例1-1 以下关于物质波的说法正确的是( )
D
A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性
B.宏观物体不存在对应的波
C.电子在任何条件下都能表现出波动性
D.微观粒子在一定条件下能表现出波动性
【解析】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
与之对应，这种波称为物质波，故A、B错误。电子有波动性，但在一定的条件下才
能表现出来，故C错误，D正确。
例1-2 （多选）为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：（1）用分辨率比光
学显微镜更高的电子显微镜成像（由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的
衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高）；（2）利用 射线或中子束得到晶体的衍
射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析正确的是( )
AD
A.电子显微镜利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C.要获得晶体的射线衍射图样， 射线波长要远小于原子的尺寸
D.中子束的物质波波长可以与原子尺寸相当
【解析】由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及
发生明显衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确；
由德布罗意波长公式可知，电子束的运动速度越大，波长越短，越不容易发生衍射，
B项错误；由信息“利用 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的
条件可知，中子束的物质波波长或 射线的波长可以与原子尺寸相当，D项正确，C
项错误。
学思用·典例详解
【想一想丨问题驱动】
在这些成功的理论中，有什么发现？有什么启迪？
提示 在这些成功的理论中，普朗克常量都扮演了关键
性角色。预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系，为
人们探索统一描述微观世界行为的普遍理论指明了方向。
方法帮 解题课丨关键能力构建
题型 分析求解有关德布罗意波问题
图4-5-1
例3 (2025·江苏宿迁期末)让电子束通过电场加速后，照射到
金属晶格（间距约 ）上，可得到如图4-5-1所示电子
的衍射图样，可见光波长约为 ，则下列说法正
确的是( )
A
A.该实验说明了电子具有波动性
B.加速电压越大，电子的德布罗意波长越长
C.实验中电子的德布罗意波长为
D.动量相等的质子和电子，对应的德布罗意波长不相等
信息提取析题意
【解析】得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A正确；根据动能定理
，，可得 ，故加速电压越大，电子的德布罗意波长
越短，故B、C错误；根据 可知，动量相等的质子和电子，对应的德布罗意波长
相等，故D错误。
【学会了吗丨变式题】
科研人员使用冷冻镜断层成像技术可以“拍摄”到某病毒的 影像，已知普朗克常量
为，若该病毒的平均尺度是 ，下列说法正确的是( )
D
A.等于
B.想要“看清”该病毒，所用“光波”的波长应该大于
C.用能量为 的可见光照射，在显微镜下病毒清晰可见
D.波长为的光子的动量的数量级为
【解析】,故A错误；波长大于 的光，照射到该病毒上衍
射现象明显（绕过障碍物），看不清该病毒，故B错误；能量为 的可见光波
长为 ，照射到该病毒上衍射现象明显（绕过障碍
物），故C错误；波长为 的光子的动量
，故D正确。
高考帮 考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考 查点 粒子的波动性，物质波的理解及计算。 1.通过了解粒子的波动性，体
会德布罗意提出实物粒子具有
波动性假说的重要意义。
2.通过了解量子力学的建立过
程及应用，明确基础理论对人
类发展和进步的重大作用。
热点及 难点 波粒二象性、德布罗意波长和频率公式 的应用。 题型及 难度 基本以选择题或填空题形式出现，属于 识记内容。 高考中 地位 一般不单独命题，常与其他知识结合考 查。 考向1 考查对波粒二象性的理解
例4 (江苏高考题改编)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法错误的有( )
D
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波动性
C.黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释
D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
本题重点考查对波粒二象性基本特征的理解，涉及光电效应、晶体衍射、黑体辐射
及物质波等内容。试题看上去基础，但体现了物理重视实验、强调理解、突出能力
的学科核心素养要求。
【解析】光电效应现象说明光具有粒子性，选项A正确；衍射是波特有的现象，选
项B正确；黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，选项C正确；动能相等的质子和
电子，二者质量不同，再结合德布罗意波长公式和 知二者德布罗意
波长不相等，故选项D错误。
考向2考查实物粒子的波动性
例5 (2025· 陕晋青宁卷)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜 实
现了超高分辨率成像，其分辨率提高利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物
理性质。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为 ，若加速电压为
，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为( )
C
A. B. C. D.
本题以场发射透射电镜 为素材，要求考生掌握德布罗意波长的计算公式，
明确实物粒子具有波粒二象性，体现了高考对物理观念的考查。
【解析】
【类题链接丨变式题】
类题 (浙江高考题，多选)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图4-5
-2所示，电子枪持续发射的电子动量为 ,然后让它们通过双缝打
到屏上。已知电子质量取,普朗克常量取 ，下列说法正
确的是( )
BD
图4-5-2
A.发射电子的动能约为
B.发射电子的物质波波长约为
C.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉
D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
【解析】根据可知，电子的动能为 ，故选项A错
误；根据德布罗意波长公式 可得，发射出的电子的物质波波长约为
，故选项B正确；实物粒子也具有波粒二象性，故电子的波动性是
每个电子本身的性质，即使电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电
子才能显示出干涉图样，故选项C错误，D正确。
练习帮 习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：10分钟
1.使用电子束工作的显微镜叫电子显微镜，它比一般的光学显微镜具有更高的分辨
率，这是因为电子相比光子( )
C
A.带有电荷 B.速度大 C.动量大 D.没有波动性
【解析】根据 可知，动量越大，波长越短，根据衍射现象的规律，知波长越短，
衍射现象越不明显，显微镜分辨本领越高，则电子显微镜的分辨本领比一般的光学
显微镜高的原因是电子比光子的动量大，C正确。
2.以下关于物质波的说法正确的是( )
B
A.实物粒子与光子都具有波粒二象性，故实物粒子与光子是本质相同的物体
B.一切运动着的物体都与一个对应的波相联系
C.机械波、物质波都不是概率波
D.实物粒子的动量越大，其波长越长
【解析】实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是本质相同
的物体，故A错误；无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，一切运动的物
体都与一种波相对应，这就是物质波，故B正确；根据德布罗意的物质波理论，物质
波和光波一样都是概率波，故C错误；根据德布罗意波长公式 ，可知粒子的动
量越小，波长越长，故D错误。
3.1927年戴维森和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物
理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )
B
A.电子所具有的波动性与机械波没有区别
B.该实验说明物质波理论是正确的
C.该实验说明光子具有波动性
D.该实验不能说明实物粒子具有波动性
【解析】电子是实物粒子，而该实验中看到了电子能发生衍射现象，则该实验说明
物质波理论是正确的，实物粒子具有波动性，但不能说明光子具有波动性，这种波
动性与机械波在本质上是不同的，故B正确，A、C、D错误。
4.(2025·河南省驻马店高级中学期中)哈尔滨工业大学的低温物理实验室中，科学家
利用高压电场研究氘核和氦核 的波动性。两粒子从静止经相同电压加速后
（速度远小于光速），它们的德布罗意波长的比值为( )
A
A. B.2 C. D.
【解析】
B 综合练丨选考通关
建议时间：15分钟
5.影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射越明显，分辨本领越低。电子
显微镜有较高的分辨本领，最高分辨率高达 。如果有人制造出质子显微镜，
在加速到相同速度的情况下，质子显微镜的最高分辨率将( )
A
A.小于 B.大于 C.等于 D.无法确定
【解析】波长越短，衍射越不明显，显微镜分辨率越高，由于质子质量大于电子质
量，加速到相同速度后，质子的动量大于电子的动量，根据 可知，质子的波长
比电子的波长短,因此质子显微镜的最高分辨率将小于 ，选项A正确。
6.任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对
应，波长是，式中是运动物体的动量， 是普朗克常量，人们把这种波叫德布
罗意波。现有一个德布罗意波长为的物体1和一个德布罗意波长为 的物体2相向
正碰后粘在一起，已知 ，则粘在一起的物体的德布罗意波长为( )
D
A. B. C. D.
【解析】由动量守恒定律有，即,所以 ，故D正确。
7.某病毒的尺寸约为，由于最短可见光波长约为 ，所以我们无法用可
见光捕捉到该病毒的照片。科学家最终用电子显微镜（加速电场中的电子，使其表
现为波长远小于可见光的波）捕捉到了它的图像，已知电子的质量为 ，
电子的电荷量为，普朗克常量为 ，不考虑相对论效应，
则下列说法错误的是( )
B
A.电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短
B.电子显微镜的分辨率与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低
C.若用相同动能的质子代替电子，也能拍摄到该病毒的图像
D.德布罗意波长为的电子，可由静止电子通过约 的电压加速得到
【解析】电子的德布罗意波长很短，不容易发生衍射，所以电子显微镜的分辨率高，
A正确；设加速电压为，则加速后电子的动能,又因， ，所
以电子的德布罗意波长，则越大， 越小，电子显微镜的分辨率越高，
B错误；结合B选项分析知，相同动能的质子和电子，质子的德布罗意波长更短，更
不容易发生衍射，所以C正确；将及、、的数值代入 ，解
得 ，D正确。
C 培优练丨能力提升
建议时间：8分钟
8.静止的原子核放出一个波长为 的光子。已知普朗克常量为 ，则：
（1）质量为 的反冲核的速度大小为多少？
【答案】
【解析】设光子的动量大小为，由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为 。由
，得反冲核的速度大小 。
（2）反冲核运动时其物质波的波长是多少？
【答案】
【解析】反冲核的物质波的波长 。