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4.5粒子的波动性和量子力学的建立
一学科核心素养
物理观念∶形成实物粒子也具有波粒二象性的观念，了解量子力学在生活中的应用。
科学思维∶能够利用波粒二象性关系式解释实物粒子的波动性，能在生活中发现量子力学的具体应用情形，并作出解释。
科学探究：通过物质波的验证，掌握验证物理理论的基本方法——实验。
科学态度与责任∶量子力学不是一天建成的，也不是一个人就能建立，告诫学生做事要懂得合作，要持之以恒。
二学习重难点
重点：实物粒子的波粒二象性，实验验证物质波，量子力学的建立。
难点：实物粒子的波粒二象性，实验验证物质波。
三课前预习
1．光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有____性，光既具有波动性，又具有___ 性，即光具有_____性。
2．粒子的波动性
（1）德布罗意波：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___________波。
（2）粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν=，λ=。
3．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。
4．粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：_______，_______。
5．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子，该光子的能量为______，反冲核的质量为m，则反冲核的物质波的波长为______。
6．德布罗意波：每一个_______的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫_______波。
7．我国科学家用冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面蛋白与人体细胞表面蛋白的结合过程。冷冻电子显微镜比光学显微镜分辨率更高，其原因是电子的物质波波长远小于可见光波长。由此可知电子比可见光___________（选填“更容易”或“更不容易”或“一样容易”）发生明显衍射。电子束通过由电场构成的电子透镜实现会聚、发散作用。电子透镜由金属圆环M、N组成，其结构如图甲所示，图乙为其截面图（虚线为等势面）。显微镜工作时，两圆环的电势。现有一束电子沿着平行于圆环轴线的方向进入M。则电子在穿越电子透镜的过程中速度不断___________（选填“增大”或“减小”或“不变化”）。
8．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，也应该发生干涉或衍射现象。
（2）实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的___________。
（3）说明
除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν=和λ=关系同样正确。
（4）电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有___________性。
（5）量子力学的建立
四自我检测
1．1927年戴维逊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，下列说法不正确的是(　　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
2．下列关于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．光子说完全否定了波动说 D．光电效应说明光具有粒子性
3．下列说法中正确的（　　）
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．法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有波与它对应，波长λ＝ 。人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波，如果有两个电子速度分别为v1和v2，且v1＝2v2。则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为（ ）
A．λ1∶λ2＝1∶1 B．λ1∶λ2＝1∶2
C．λ1∶λ2＝2∶1 D．无法比较
5．实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（　　）
金属 钨 钙 钠
截止频率νc/（×1014Hz） 10.95 7.73 5.53
逸出功W0/eV 4.54 3.20 2.29
A．如用金属钨做实验得到的Ek－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B．三种金属原子的动能相同，金属钨原子的德布罗意波长最大
C．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜νc时，可能会有光电子逸出
D．如用金属钠做实验得到的Ek－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，－Ek2），则Ek2＜Ek1
6．下列关于光的本性的说法中正确的是（　　）
A．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
7．关于对光的本性的认识，下列说法中正确的是（　　）
A．牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别
B．惠更斯的波动说与麦克斯韦电磁说没有本质的区别
C．麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性
D．牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性
8．下列各选项中列举的两个现象都能说明光具有波动性的是（　　）
A．光的折射、反射
B．光的反射、干涉
C．光的衍射、干涉
D．光的直线传播、光电效应
9．下列几个现象中，能反映光具有粒子性的是（ ）
A．光的衍射 B．光的干涉
C．光电效应 D．光的偏振
10．关于物质波，以下说法正确的是（　　）
A．物质波就是机械波 B．实物粒子具有波动性
C．光是粒子，不具有波动性 D．电子不会发生干涉与衍射现象
参考答案：
三课前预习
1． 粒子 粒子 波粒二象
2．物质
3． 干涉 波动性
4．
5．
6． 运动 物质
7． 更不容易 增大
8． 干涉 波动性 波粒二象
四自我检测
1．C
2．D
3．C
4．B
5．D
6．C
7．C
8．C
9．C
10．B

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