4.5 粒子的波动性和量子力学的建立-【帮课堂】2022-2023学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

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＝，λ＝。 （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＝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：Solar sails）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