高中5 粒子的波动性和量子力学的建立课前预习ppt课件

这是一份高中5 粒子的波动性和量子力学的建立课前预习ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了粒子的波动性，物质波的实验验证，量子力学，计算物质波波长的方法，波动性，波粒二象，微观世界行为，课时对点练，基础对点练，能力综合练等内容，欢迎下载使用。
1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念。2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象(重点)。3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用。
1.德布罗意假设：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。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＝___。
德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？
答案　不会。因为现实情况下子弹的德布罗意波长远比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性，忽略它的波动性也不会引起大的偏差，所以不会“失准”。
　下列说法中正确的是A.物质波属于机械波B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C.德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行　星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时　不具有波动性
任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，故C项对，B、D项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A项错。
　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
由λ＝ 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；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p＝ 可知，电子的动量小，波长长，故B错误；动量相等的电子和中子，其波长相等，故C错误；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。
　如图所示，碳60是由60个碳原子组成的足球状分子，科研人员把一束碳60分子以2.0×102 m/s的速度射向光栅，结果在后面的屏上观察到条纹。已知一个碳原子质量为1.99×10－26 kg，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则该碳60分子的物质波波长约A.1.7×10－10 m B.3.6×10－11 mC.2.8×10－12 m D.1.9×10－18 m
设一个碳原子的质量为m，碳60分子的动量为p＝60mv，根据德布罗意波长公式λ＝ 代入数据得λ≈2.8×10－12 m，故C正确，A、B、D错误。
如图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？
答案　普朗克能量子和爱因斯坦光子理论。
(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？
答案　电子具有波动性。
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年戴维森和G.P.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 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 关系同样正确。4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有 性。
　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近代重大物理实验之一，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
电子属于实物粒子，电子衍射实验说明实物粒子具有波动性，说明物质波理论是正确的，故B、D正确，C错误；亮条纹是电子到达概率大的地方，故A正确。
　(2022·南京市期末)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是A.该实验说明了电子具有粒子性B.实验中电子束的德布罗意波长为λ＝C.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误；
1.量子力学的建立在以玻恩、海森堡、薛定谔以及狄拉克和泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述 的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为 。2.量子力学的应用借助量子力学，人们深入认识了 (填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性。(1)推动了核物理和粒子物理的发展。人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个 (填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了天文学和宇宙学的研究。
(2)推动了原子、分子物理和光学的发展人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术。(3)推动了固体物理的发展人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分。
　下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，不正确的是A.量子力学完全否定了经典力学B.量子力学是在早期量子论的基础上建立的C.量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D.晶体管、“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量 子力学在固体物理中的应用
考点一　粒子的波动性　物质波的实验验证1.下列说法正确的是A.实物粒子与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B.物质波是概率波，光波是电磁波而不是概率波C.实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物粒子不具有波粒二象性D.粒子的动量越小，其波动性越易观察
实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子的本质不同，A、C错误；根据德布罗意波理论，物质波和光波一样都是概率波，B错误；根据德布罗意波长公式λ＝ 粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，D正确。
2.1924年德布罗意提出实物粒子(例如电子)也具有波动性。以下不能支持这一观点的物理事实是A.利用晶体可以观测到电子束的衍射图样B.电子束通过双缝后可以形成干涉图样C.用紫外线照射某金属板时有电子逸出D.电子显微镜因减小衍射现象的影响而具有更高的分辨本领
利用晶体做电子衍射实验，得到了电子衍射图样，证明了电子的波动性，故A能；电子束通过双缝后可以形成干涉图样，证明了电子的波动性，故B能；用紫外线照射某金属板时有电子逸出，发生光电效应现象，说明光子具有粒子性，故C不能；电子显微镜因减小衍射现象的影响而具有更高的分辨本领，利用了电子的衍射特性，证明了电子的波动性，故D能。
3.如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最小的是A.α粒子 B.β粒子C.中子 D.质子
4.德布罗意认为实物粒子也具有波动性，质子 被加速到相同动能时，质子和该粒子的德布罗意波波长之比为A.1∶4 B.1∶2C.2∶1 D.4∶1
质子和α粒子的德布罗意波波长之比为2∶1，故C正确，A、B、D错误。
5.让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格(大小约10－10 m)上，可得到电子的衍射图样，如图所示。下列说法正确的是A.电子衍射图样说明了电子具有粒子性B.加速电压越大，电子的物质波波长越小C.电子物质波波长比可见光波长更长D.动量相等的质子和电子，对应的物质波波长不相等
电子衍射图样说明了电子具有波动性，故A错误；
6.某团队“拍摄”到了基于冷冻镜断层成像技术的病毒的3D影像，测得病毒的平均尺度是100 nm。波长为100 nm的光，其光子动量大小数量级为(普朗克常量为6.63×10－34 J·s)A.10－25 kg·m/s B.10－27 kg·m/sC.10－29 kg·m/s D.10－31 kg·m/s
考点二　量子力学7.关于经典力学和量子力学，下列说法中正确的是A.不论是对宏观物体，还是微观粒子，经典力学和量子力学都是适用的B.量子力学适用于宏观物体的运动；经典力学适用于微观粒子的运动C.经典力学适用于宏观物体的运动；量子力学适用于微观粒子的运动D.上述说法都是错误的
8.一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核的德布罗意波长为
9.(2023·南京市高二月考)科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术可以“拍摄”到某病毒的3D清晰影像，冷冻电镜利用了高速电子具有波动性的原理，其分辨率比光学显微镜高1 000倍以上。下列说法正确的是A.电子的实物波是电磁波B.电子的德布罗意波长与其动量成正比C.冷冻电镜的分辨率与电子加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低D.若用相同动能的质子代替电子，理论上也能“拍摄”到该病毒的3D清 晰影像
电子的实物波是德布罗意波，不是电磁波，故A错误；根据λ＝ 可知电子的德布罗意波长与其动量成反比，故B错误；冷冻电镜的分辨率与电子加速电压有关，加速电压越高，电子速度越大，动量越大，德布罗意波长越小，分辨率越高，从而使冷冻电镜的分辨率越高，故C错误；
因为质子的质量比电子的质量大，所以在动能相同的情况下，质子的德布罗意波长比电子的德布罗意波长更小，分辨率越高，若用相同动能的质子代替电子，理论上也能“拍摄”到该病毒的3D清晰影像，故D正确。
实物粒子的德布罗意波长与动能的关系为λ＝
10.(2022·苏州市高二期末)1985年华裔物理学家朱棣文成功利用激光冷冻原子，现代激光制冷技术可实现10－9 K的低温。一个频率为ν的光子被一个相向运动的原子吸收，使得原子速率减为零，已知真空中光速为c，普朗克常量为h，根据上述条件可确定原子吸收光子前的A.速度 B.动能C.物质波的波长 D.物质波的频率
11.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为 其中n>1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为
12.下表是几种金属的截止频率和逸出功，用频率为9.00×1014 Hz的光照射这些金属，金属能产生光电效应，且从该金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长的是
A.钨 　　　　B.钙 　　　　 C.钠 　　　　 D.铷
代入数据知从钙金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长，故B正确，A、C、D错误。
13.已知某种紫光的波长是440 nm。若将电子加速，使它的物质波波长是这种紫光波长的 　(已知电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)(1)求电子的动量大小；
答案　1.5×10－23 kg·m/s
(2)试推导加速电压U跟物质波波长λ的关系，并计算加速电压的大小。(结果保留1位有效数字)
联立可得，加速电压跟物质波波长的关系为
代入数据解得加速电压的大小为U≈8×102 V。