粒子的波动性和量子力学的建立人教版【知识架构+对点训练】 高二物理备课精研提升

4.5粒子的波动性和量子力学的建立基础导学要点一、粒子的波动性与物质波的实验验证（一）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，也叫物质波。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＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p)。（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，证实了电子的波动性。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＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)关系同样正确。4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性。要点二、量子力学的建立与应用（一）量子力学的建立（二）量子力学的应用借助量子力学，人们深入认识了微观(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、基本粒子等各个微观(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。要点突破突破一：粒子的波动性与物质波的实验验证1．对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史，列表如下：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界2.对光的波粒二象性的理解项目实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光在传播时，表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子[特别提醒]大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性。典例精析题型一：粒子的波动性与物质波的实验验证例一．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是（）A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B．光的频率越高，光子的能量越大C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方D．在光的干涉中，光子一定到达亮条纹的地方变式迁移1：影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低。使用电子束工作的电子显微镜与传统的光学显微镜相比有更高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图像，以下说法正确的是（）A．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显B．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强C．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱D．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强题型二：量子力学的建立与应用例二．太阳帆（英文名：Solarsails）是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。科学家设想未来的宇航事业中，可以在没有空气阻力存在的太空利用太阳帆，为星际飞船提供加速度。假设该飞船所在地，太阳光垂直射到太阳帆上，太阳光子会连续撞击太阳帆并以原速率反射。若太阳帆面积为S，每秒钟每单位面积接收到的光子数为n，光子的平均波长为。飞船总质量为m，光速为c。则下列说法中正确的是（）A．每个光子被反射前后动量的变化量为B．飞船加速度的大小为C．飞船加速度的大小为D．每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为变式迁移2：下列说法正确的是（）A．两支相同的激光笔发射出来的光可以产生干涉现象B．光的偏振现象说明光是纵波C．卢瑟福核式结构模型可以很好的解释原子光谱是线状的D．电子显微镜分辨本领比光学显微镜分辨高主要是因为电子的物质波波长比可见光更短强化训练选择题1、用三种不同的单色光照射同一金属做光电效应实验，得到的光电流与电压的关系如图所示，则下列说法正确的是（）A．单色光A和B是颜色相同、强度不同的光B．单色光A的频率大于单色光C的频率C．单色光A的遏止电压大于单色光C的遏止电压D．A光对应的光电子德布罗意波长大于C光对应的德布罗意波长2、波粒二象性是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波动性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性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3、在科学研究中，常利用热中子衍射研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距（约）相近。已知中子质量，普朗克常量，可以估算热中子动能的数量级为（）A． B． C． D．4、下表是几种金属的截止频率和逸出功，用频率为的光照射这些金属，哪种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（）金属钨钙钠铷截止频率（×1014Hz）10.957.735.535.15逸出功（eV）4.543.202.292.13A．钨 B．钙 C．钠 D．铷5、如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，根据此图判定错误的是（）A．Hα对应的原子前后能级之差最小B．同一介质对Hα的传播速度最大C．光子的动量最大D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能产生光电效应6、关于下列四幅图说法正确的是（）A．玻尔原子理论的基本假设认为，电子绕核运行轨道的半径是任意的B．光电效应产生的条件为：光照强度大于临界值C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了运动电子具有波动性D．发现少数粒子发生了较大偏转，说明金原子质量大而且很坚硬7、．如图所示，、、、分别是不同的单色光通过相同的双缝或单缝形成的干涉或衍射图样，分析各图样的特点，可以得出的正确结论是（）A．、是光的衍射图样，、d是光的干涉图样B．形成图样光的光子能量比形成图样光的光子能量小C．形成图样光的光子动量比形成图样光的光子动量大D．形成图样的光在同一种玻璃介质中传播的速度比形成图样的光大8、下列关于光的本性说法正确的是（）A．在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越明显B．频率越低的光粒子性越明显C．大量光子往往表现波动性，少量光子往往表现粒子性D．若让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨道做极有规律的匀速直线运动9、波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是（）A．粒子的动量越小，其波动性越易观察B．速率相同的质子和电子，质子的德布罗意波长比电子长C．康普顿效应进一步证实了光的波动说的正确性D．电子的衍射现象可以证明光具有粒子性10、．Li（锂核）是不稳定的，一个静止的Li分裂时的核反应方程为Li―→He＋X＋γ，其中X的动量大小为p1，He的动量大小为p2，γ光子与He运动方向相同，普朗克常量为h，则（）A．X是中子B．X是电子C．γ光子的波长为D．γ光子的波长为11、如图所示为研究光电效应的实验装置图，若用能量为的光子照射到光电管阴极后，电流计中有电流；调节滑动变阻器触头，当电压表读数为时，电流计示数恰好为零。已知电子的质量、电荷量，普朗克