粒子的波動性和量子力學(xué)的建立人教版【知識架構(gòu)+對點訓(xùn)練】 高二物理備課精研提升

4.5粒子的波動性和量子力學(xué)的建立基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點一、粒子的波動性與物質(zhì)波的實驗驗證（一）粒子的波動性1．德布羅意波：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。2．粒子的能量ε和動量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ν＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p)。（二）物質(zhì)波的實驗驗證1．實驗探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。2．實驗驗證：1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性。3．說明：除了電子以外，人們陸續(xù)證實了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的ν＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)關(guān)系同樣正確。4．電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性。要點二、量子力學(xué)的建立與應(yīng)用（一）量子力學(xué)的建立（二）量子力學(xué)的應(yīng)用借助量子力學(xué)，人們深入認(rèn)識了微觀(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結(jié)構(gòu)和屬性。1．推動了核物理和粒子物理的發(fā)展．人們認(rèn)識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，又促進了天文學(xué)和宇宙學(xué)的研究。2．推動了原子、分子物理和光學(xué)的發(fā)展人們認(rèn)識了原子的結(jié)構(gòu)，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術(shù)。3．推動了固體物理的發(fā)展：人們了解了固體中電子運行的規(guī)律，并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分。要點突破突破一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實驗驗證1．對光的本性認(rèn)識史人類對光的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長的歷程，從牛頓的光的微粒說到托馬斯·楊和菲涅耳的波動說，從麥克斯韋的光的電磁說到愛因斯坦的光子說。直到20世紀(jì)初，對于光的本性的認(rèn)識才提升到一個更高層次，即光具有波粒二象性。對于光的本性認(rèn)識史，列表如下：學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性內(nèi)容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2.對光的波粒二象性的理解項目實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述(2)足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性(1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子[特別提醒]大量光子表現(xiàn)出波動性，個別光子表現(xiàn)出粒子性，光具有波粒二象性。典例精析題型一：粒子的波動性與物質(zhì)波的實驗驗證例一．從光的波粒二象性出發(fā)，下列說法正確的是（）A．光是高速運動的微觀粒子，每個光子都具有波粒二象性B．光的頻率越高，光子的能量越大C．在光的干涉中，暗條紋的地方是光子不會到達的地方D．在光的干涉中，光子一定到達亮條紋的地方變式遷移1：影響顯微鏡分辨率本領(lǐng)的一個因素是衍射，衍射現(xiàn)象越明顯，分辨本領(lǐng)越低。使用電子束工作的電子顯微鏡與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比有更高的分辨本領(lǐng)，它利用高壓對電子束加速，最后打在感光膠片上來觀察顯微圖像，以下說法正確的是（）A．加速電壓越高，電子的波長越短，衍射現(xiàn)象越明顯B．加速電壓越高，電子的波長越長，分辨本領(lǐng)越強C．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)弱D．如果加速電壓相同，則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)強題型二：量子力學(xué)的建立與應(yīng)用例二．太陽帆（英文名：Solarsails）是利用太陽光的光壓進行宇宙航行的一種航天器?？茖W(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中，可以在沒有空氣阻力存在的太空利用太陽帆，為星際飛船提供加速度。假設(shè)該飛船所在地，太陽光垂直射到太陽帆上，太陽光子會連續(xù)撞擊太陽帆并以原速率反射。若太陽帆面積為S，每秒鐘每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子的平均波長為。飛船總質(zhì)量為m，光速為c。則下列說法中正確的是（）A．每個光子被反射前后動量的變化量為B．飛船加速度的大小為C．飛船加速度的大小為D．每秒鐘太陽帆接收到的光子所具有的總平均能量為變式遷移2：下列說法正確的是（）A．兩支相同的激光筆發(fā)射出來的光可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波C．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以很好的解釋原子光譜是線狀的D．電子顯微鏡分辨本領(lǐng)比光學(xué)顯微鏡分辨高主要是因為電子的物質(zhì)波波長比可見光更短強化訓(xùn)練選擇題1、用三種不同的單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實驗，得到的光電流與電壓的關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．單色光A和B是顏色相同、強度不同的光B．單色光A的頻率大于單色光C的頻率C．單色光A的遏止電壓大于單色光C的遏止電壓D．A光對應(yīng)的光電子德布羅意波長大于C光對應(yīng)的德布羅意波長2、波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（）A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明運動的中子具有波動性C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等3、在科學(xué)研究中，常利用熱中子衍射研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距（約）相近。已知中子質(zhì)量，普朗克常量，可以估算熱中子動能的數(shù)量級為（）A． B． C． D．4、下表是幾種金屬的截止頻率和逸出功，用頻率為的光照射這些金屬，哪種金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng)，且從該金屬表面逸出的具有最大初動能的光電子對應(yīng)的德布羅意波長最長（）金屬鎢鈣鈉銣截止頻率（×1014Hz）10.957.735.535.15逸出功（eV）4.543.202.292.13A．鎢 B．鈣 C．鈉 D．銣5、如圖為氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)的四條譜線Hα、Hβ、Hγ和，都是氫原子中電子從量子數(shù)n＞2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，根據(jù)此圖判定錯誤的是（）A．Hα對應(yīng)的原子前后能級之差最小B．同一介質(zhì)對Hα的傳播速度最大C．光子的動量最大D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用Hβ照射同一金屬一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)6、關(guān)于下列四幅圖說法正確的是（）A．玻爾原子理論的基本假設(shè)認(rèn)為，電子繞核運行軌道的半徑是任意的B．光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件為：光照強度大于臨界值C．電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證實了運動電子具有波動性D．發(fā)現(xiàn)少數(shù)粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，說明金原子質(zhì)量大而且很堅硬7、．如圖所示，、、、分別是不同的單色光通過相同的雙縫或單縫形成的干涉或衍射圖樣，分析各圖樣的特點，可以得出的正確結(jié)論是（）A．、是光的衍射圖樣，、d是光的干涉圖樣B．形成圖樣光的光子能量比形成圖樣光的光子能量小C．形成圖樣光的光子動量比形成圖樣光的光子動量大D．形成圖樣的光在同一種玻璃介質(zhì)中傳播的速度比形成圖樣的光大8、下列關(guān)于光的本性說法正確的是（）A．在其他條件相同時，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越明顯B．頻率越低的光粒子性越明顯C．大量光子往往表現(xiàn)波動性，少量光子往往表現(xiàn)粒子性D．若讓光子一個一個地通過狹縫，它們將嚴(yán)格按照相同的軌道做極有規(guī)律的勻速直線運動9、波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是（）A．粒子的動量越小，其波動性越易觀察B．速率相同的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波長比電子長C．康普頓效應(yīng)進一步證實了光的波動說的正確性D．電子的衍射現(xiàn)象可以證明光具有粒子性10、．Li（鋰核）是不穩(wěn)定的，一個靜止的Li分裂時的核反應(yīng)方程為Li―→He＋X＋γ，其中X的動量大小為p1，He的動量大小為p2，γ光子與He運動方向相同，普朗克常量為h，則（）A．X是中子B．X是電子C．γ光子的波長為D．γ光子的波長為11、如圖所示為研究光電效應(yīng)的實驗裝置圖，若用能量為的光子照射到光電管陰極后，電流計中有電流；調(diào)節(jié)滑動變阻器觸頭，當(dāng)電壓表讀數(shù)為時，電流計示數(shù)恰好為零。已知電子的質(zhì)量、電荷量，普朗克