第四章 5.粒子的波动性和量子力学的建立-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 金属元素就是这样发现的； 当天文学家将光 谱分析方法应用于恒星时， 马上就证明了宇 宙之间物质构成的统一性； 光谱分析还为深 入原子世界开辟了道路， 近代原子物理学正 是从原子光谱的研究中开始的。 变式训练答案 1. D 2. AB 5. 粒子的波动性和量子力学的建立 知 识 梳 理 知识点 1 粒子的波动性 1. 德布罗意波： 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 种波与它对应， 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. 波的频率： ν＝ ε h ， 波的波长： λ＝ h p 。 注意： ε 为粒子的能量， p 为粒子的动量。 知识点 2 物质波的实验验证 1. 验证物质波是否存在的思路 人们知道， 干涉、 衍射是波动性质的特 有表现。 如果实物粒子具有波动性的话， 在 一定条件下， 也该发生衍射现象。 为了证实 粒子具有波动性质， 我们先估计一下实物粒 子波长的数量级， 看看它实现衍射所需要的 条件， 对质量为 1 g 、 速度为 1 cm/s 的物体来 说， 它的波长为 λ= h mν = 6.63×10 -34 10 -3 ×10 -2 m=6.63× 10 -29 m 。 这么小的波长， 比宏观物体的尺度小得 多， 根本无法观察到它的波动性。 而一个原 来静止的电子， 在经过 100 V 电压加速后， 德布罗意波长约为 0.12 nm ， 因此有可能观 察到电子的波动性。 2. 物质波的实验验证 1927 年 ， 戴维孙和汤 姆孙分别利用晶体做了电子 束衍射的实验， 得到了类似 右图的衍射图样， 从而证实 了电子的波动性。 他们因此获得了 1973 年 的诺贝尔物理学奖。 知识点 3 量子力学的建立 量子力学 （ Quantum Mechanics ） 为物 理学理论， 是研究物质世界微观粒子运动规 律的物理学分支， 主要研究原子、 分子、 凝 聚态物质， 以及原子核和基本粒子的结构、 性质的基础理论。 它与相对论一起构成现代 物理学的理论基础。 量子力学不仅是现代物 理学的基础理论之一， 而且在化学等学科和 许多近代技术中得到广泛应用。 19 世纪末， 物理学理论的这个基本大 厦可以说已经基本建立， 一些一般的物理现 象都可以解释说明： 一般的机械运动可以用 牛顿运动定律说明， 电磁现象可以总结为麦 克斯韦方程， 光的现象有光的波动理论， 当 然最后也是总结到麦克斯韦方程， 热现象有 完整的热力学以及玻尔兹曼、 吉布斯等人建 立的统计物理学。 这时大厦的上方突然飘来 100 学 第四章 原子结构和波粒二象性 两朵乌云， 一个是黑体辐射现象， 一个是光 电效应， 这些现象是经典理论无法解释的， 直到 20 世纪 20 年代， 人们在光的波粒二象 性的启示下， 开始认识到微观粒子的波粒二 象性， 从而开辟了建立量子力学的途径。 要 点 突 破 要点 1 光的波动性与粒子性的统一 注意： 光的反射、 传播和吸收不是连续的， 而是一份一份的， 每一份就是一个光子， 单 个光子表现粒子性， 即每一个光子所到达的 区域是不确定的， 但是大量光子表现出波动 性， 例如， 在光的干涉、 衍射现象中， 长时 间曝光后最终会形成明暗相间的条纹。 光的 波长越长， 波动性越明显， 波长越短， 其粒 子性越显著。 例 1 （多选） 在光的双缝干涉实验中， 若 在光屏处放照相底片， 并设法控制 入射光线强度和曝光时间， 则下列 描述中正确的是 （ ） A. 若曝光量很小， 底片上会出现一些分布 不规则的亮点， 显示出光的粒子性 B. 即使曝光量很小， 底片上也会显示出明 暗相间的条纹， 证明光具有波动性 C. 若曝光量足够大， 底片上会出现亮度均 匀的光斑， 显示出光的波动性 D. 若曝光量足够大， 底片上会出现明暗相 间的条纹， 证明光具有波动性 解析： 光既具有粒子性， 又具有波动性， 少 量的光子往往表现为粒子性， 大量的光子往 往表现为波动性。 曝光量小， 可知光子数不 多， 往往表现为粒子性， 在底片上出现一些 不规则的点， A 正确， B 错误； 若曝光量足 够大， 可知光子数较多， 表现出光的波动 性， 发生干涉现象， 底片上会出现明暗相间 的条纹， C 错误， D 正确。 答案： AD 变式训练 1 有关光的本性的说法正确的是 （ ） A. 有关光的本性， 牛顿提出了 “粒子说”， 惠更斯提出了 “波动说”， 爱因斯坦提出 了 “光子说”， 它们都圆满地说明了光的 本性 B. 光具有波粒二象性是指既可以把光看成 宏观概念的波， 也可以看成微观概念上 的粒子 C. 光的干涉、 衍射说明光具有波动性， 光 光的波动性 光的粒子性