第4章 5 粒子的波动性和量子力学的建立-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

5　粒子的波动性和量子力学的建立 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 知道实物粒子具有波动性 科学思维：知道实物粒子具有波动性 科学探究：利用实验认识实物粒子的波动性 1．知道粒子的波动性 2．了解德布罗意波 3．了解量子力学 (见学生用书P58) 知识点　粒子的波动性和量子力学的建立 1．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＝。 2．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)对光的本性认识史 人类对光的本性认识经历了漫长的历程，列表如下： 学说 要点 领域 牛顿的光的“微粒说” 光是一群弹性粒子 宏观世界 托马斯·杨和惠更斯的“波动说” 光是一种机械波 宏观世界 麦克斯韦的光的“电磁说” 光是一种电磁波 微观世界 爱因斯坦的“光子说” 光是由一份一份的光子组成的 微观世界 波粒二象性 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性 微观世界 3．量子力学的应用 (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。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)实物粒子不具有波动性。(　　) (2)电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有波粒二象性。(　√　) (3)每一个运动的粒子都与一个波对应。(　√　) 2．思考题：通过什么实验，说明实物粒子也具有波动性？ 【答案】 在一定条件下，实物粒子也能发生干涉或衍射现象。 (见学生用书P59) 类型一 粒子的波动性与物质波的实验验证 (多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是(　BD　) A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B．宏观物体和微观粒子都具有波动性 C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 【解析】 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，是波就具备波的特性——波动性，故A错误，B正确；宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太短，故C错误；质子和电子都有波动性，由λ＝＝可以知道，相同速度的电子和质子，因为电子的质量较小，所以电子的物质波波长较长，电子的波动性更为明显，故D正确。 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(　D　) 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．若加速电压相同，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．若加速电压相同，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 【解析】 光的波长越长，则波动性越强，越容易发生明显衍射，根据qU＝mv2知，加速电压越高，电子束的速度越大，电子的波长λ＝＝越短，越不容易发生明显的衍射，显微镜的分辨本领越强，A、B错误；根据qU＝Ek，p＝，得p＝，由于质子和电子的电荷量的绝对值相等，而质子的质量远大于电子的质量，故经相同电压加速后，质子的动量更大，波长更小，更不容易发生明显的衍射，显微镜的分辨本领更强，C错误，D正确。 类型二　量子力学的建立与应用 太阳帆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。假设在该飞船所在地，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λ。飞船总质量为m，光速为c，普朗克常量为h。则下列说法中正确的是(　B　) A．每个光子被反射前后动量的变化量大小为 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 【解析】 每个光子被反射前后动量的变化量大小为Δp＝，选项A错误；对飞船由动量守恒定律得·S·nΔt＝mΔv，解得飞船加速度的大小为a＝＝，选项B正确，C错误；每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为E＝nS＝，选项D错误。 关于经典力学、相对论和量子力学，下列说法中正确的是(　D　) A．量子力学和相对论的出现彻底否定了经典力学，是互不相容的几种理论 B．狭义相对论只适用于高速运动的物体，不适用于低速运动的物体 C．经典力学适用于高速运动的物体，也适用于低速微观粒子 D．经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形 【解析】 经典力学是狭义相对论在低速条件下的近似，即只要速度远远小于光速，经过数学变换，狭义相对论的公式就全部变化为牛顿经典力学的公式，相对论和量子力学更加深入地研究运动规律，但并没有否定经典力学，故A错误；经典力学理论只适用于低速运动的宏观物体，微观粒子、高速运动物体都不适用，故C错误；相对论和量子力学的出现，并没有否定经典力学，经典力学是相对论和量子力学在低速、宏观条件下的特殊情形，狭义相对论对于宏观、低速运动的物体仍然是适用的，故B错误，D正确。 本课点睛(教师用书独有) 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．量子力学的建立 学科网（北京）股份有限公司 $$