第4章 5.粒子的波动性和量子力学的建立-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练测（人教版2019）

◆高中物理·选择性必修第三册（人载版） 随堂巩固促应用 验证反情迁移运用 1.(光谱)（多选）关于太阳的光谱，下列说法正 D.电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子 确的是 绕核做圆周运动的频率 A.太阳光谱为连续谱 4,(氢原子的跃迁规律)（多选）丹麦物理学家 B.太阳光谱为吸收光谱 玻尔第一次将量子观念引人到原子领域，提 C.研究太阳光谱，可以了解太阳大气层的 出了定态和跃迁的概念。如图为氢原子能 物质成分 级图，大量处于能级的氢原子，能辐射出 D.研究太阳光谱，可以了解地球大气层的 6种不同频率的光，下列说法正确的是 物质成分 ( 2.(氢原子光谱的实验规律)氢原子光谱的巴 EleV -0 耳末系中波长最长的光波的光子能量为 5 -0.54 4 0.85 B,其次为品，则哈为 -1.51 A. R引 D -3.40 3.(玻尔原子理论)（多选）玻尔在他提出的原 子模型中所做的假设有 1 -13.6 () A.原子处在具有一定能量的定态中，虽然 A.量子数n=4 电子做加速运动，但不向外辐射能量 B.量子数n=6 B.原子的不同能量状态与电子沿不同的圆 C.辐射出的6种不同频率的光子中能量最 轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨 大为10.2eV 道的分布是不连续的 D.玻尔理论成功地解释了氢原子光谱的实 验规律 C.电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时， 辐射（或吸收）一定频率的光子 提示请完成《素能提升训练)训练十四 5.粒子的波动性和量子力学的建立 学习目标 1.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 2寒耀A=分的含义及应用。 3.了解量子力学的建立及应用 自主学习探新知 慄前预习双基落实 一、粒子的波动性 3.物质波的频率：= 1.德布罗意波：每一个 的粒子都与一 二、物质波的实验验证 个对应的波相联系，这种与 相联系 1.实验探究思路： 、衍射是波特有的 的波称为德布罗意波，也叫作 现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定 2.物质波的波长：λ 条件下，也应该发生 或衍射现象。 80 第四章原子结构和波粒二象性 2.实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别用：4.在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉 单晶和多晶晶体做了 衍射的实验， 克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家 得到了类似下图的 的衍射图样，证 的共同努力下，描述 行为的理论被 实了 的波动性。 逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为 (quantum mechanics)。 5.量子力学推动了 (1) 和 的发展。 (2) 和光学的发展。 3.说明：人们陆续证实了质子、中子以及原子、 (3) 的发展。 分子的 ,对于这些粒子，德布罗意 赵自我诊断 给出的，一后和入=人关系同样正确。 1,判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误 三、量子力学的建立和应用 的画“×”)。 1.1925年，德国物理学家海森堡和玻恩等人 (1)量子力学推动了固体物理的发展。 对玻尔的 进行了推广和改造， ( ) 使之可以适用于更普遍的情况。他们建立 (2)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。 的理论被称为 () 0 2.1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了物 (3)湖面上的水波就是物质波。 质波满足的方程 (4)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波 3.1926年，薛定谔和美国物理学家埃卡特很 动性。 ( 快又证明， 和 在数学上 2.质量为1000kg的小汽车以v=40m/s的 是等价的，它们是同一种理论的两种表达 速度在高速公路上行驶，则估算小汽车的德 方式。 布罗意波长为 ma 互动探究解疑难 要点归纳重难爽玻 要点一 物质波的理解和波长计算 2问题导引 感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈 (1)如图是电子束通过铝箔后 谈自己的认识。 的衍射图样，结合图样及课本 内容回答下列问题： ①德布罗意提出“实物粒子也 具有波动性”假设的理论基础是什么？ ②电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ (2)德布罗意认为任何运动着的物体均具有 波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未 81 ◆高中物理·选择性必修第三册（人载版） 探究升华 (3)若要使它的德布罗意波长与波长是 1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳 400nm的紫光波长相等，则它必须以多大 的速度运动？ 都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物 体的波动性，是因为宏观物体对应的波长 太小。 2.德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推 广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与 实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性， 与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应 川规律方法 的波是物质波。 计算物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体成微观粒子动 3.1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了 量的表达式p=mV。 电子束衍射的实验，证实了电子的波动性。 (2②)根据淡长公式入-合求解。 (3)注意区分光子和徽观粒子的能量和动量的不 后来通过实验陆续证实了质子、中子以及原 同表达式，如光子的能量。=，动量力=头，微观包子 子，分子的波动性，对于这些粒子，e=hv和 的动能E-名md,动量p=m 力=同样成立 针对训练 1,(多选)关于物质波，下列认识中正确的是( 口典例剖析 A.任何运动的物体（质点）都伴随一种波， 这种波叫物质波 [例1]一颗质量为5.0kg的炮弹： B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是 (1)以200m/s的速度运动时，它的德布罗 正确的 C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是 意波长是多大？ 正确的 D.宏观物体尽管可以看作物质波，但它们 (2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长 不具有干涉、衍射等现象 是多大？ 要点二 量子力学的建立和应用 问题导引 口探究升华 人们在黑体辐射、光电效应、氢原子光 1.量子力学：研究微观粒子运动的基本理论， 谱等许多类问题中，都发现了经典物理学无 它和相对论构成近代物理学的两大支柱。 法解释的现象。这些现象不是孤立的，而是 2.线索 在各类系统中普遍存在的，且都和原子、分 德布罗意→薛定调·薛定谔波动方程量子 子等微观粒子的行为紧密相关。在这些问 海森堡→玻恩，提出矩阵力学 力学 题中经典物理学往往连实验结果的定性行 3.代表人物 为都无法解释。表明了什么？ 泡利—一提出不相容原理(1924年) 德布罗意—提出物质波(1923年)31岁 海森堡 提出矩阵力学(1925年)24岁 薛定谔 提出波动方程(1926年)39岁 82 第四章原子结构和波粒二象性 狄拉克—一非相对论量子力学(1926年)24岁 针对训练 玻恩—一对波函数的物理诠释 2.我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子 玻尔一一互补原理和对量子力学诠释(1927年) 通信将“飞”入千家万户。在通往量子论的 典例剖析 道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡 献，下列有关说法正确的是 () [例2]（多选）关于量子力学说法正确的是 A.德布罗意第一次将量子观念引入原子领 域，提出了定态和跃迁的概念 A.海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论 B.爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了 进行了推广和改造 光电效应现象 B.波动力学和矩阵力学在数学上是不等 C.玻尔在1900年把能量子引人物理学，破 价的 除了“能量连续变化”的传统观念 C.量子力学就是“早期量子论” D.普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒 D.量子力学能够解决微观世界的物理问题 子，预言实物粒子也具有波动性 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(物质波波长的计算)如果一个电子的德布 罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等 的是 卒缝品体（光播】 A.速度 B.动能 A.亮条纹是电子到达概率大的地方 C.动量 D.总能量 B.该实验说明物质波理论是正确的 2.(物质波的理解)（多选）根据物质波的理论， C.该实验再次说明光子具有波动性 下列说法正确的是 D.该实验说明实物粒子具有波动性 A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波 动性 4,(物质波的计算)一个质量为m、电荷量为q B.微观粒子和宏观物体都具有波动性 的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后 C.宏观物体的波动性不易被察觉，因为它 (加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为 的波长太长 ( D.速度相同的质子和电子，电子的波动性 A h V2mgU 更为明显 B.2mqU 3.(物质波的理解)1927年戴维森和革末完成了 h 2mgU h C.2mqU D.mqu 电子行射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大 近代物理实验之一。如图所示的是该实验装 置的简化图。下列说法不正确的是() 提示请完成《素能提升训练》训练十五 83【随堂巩固促应用】 1.BC 太阳光谱是吸收光谱，太阳光通过太阳大气层后， 被太阳大气层中物质吸收后形成的光谱，而吸收光谱的 谱线与这种元素的线状谱是对应的，因此分析吸收光 谱，也可了解物质的组成。故A、D错误，B、C正确。=2.A 由x=R(2-)得当n=3 时，波长最长， R(2-),当n=4时，波长次之，1=R(2-4), A-20,由E=h÷得骨一-2。解得 3.ABC A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是 原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是 “量子化”概念，原子的不同能量状态与电子绕核运动不 同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。 电子跃迁辐射的能量为hv=E,-Em,与电子绕核的圆 周运动无关，故 D错误。 4.AD 大量处于 n 能级的氢原子，能辐射出6种不同频 率的光，根据C2=6,可知量子数 n=4,A正确，B错误； 辐射出的6种不同频率的光子中最大能量 Emax=E?一 E?=—0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,C错误；玻 尔理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，D正确。 5.粒子的波动性和量子力学的建立 【自主学习探新知】 p一、1.运动 实物粒子 物质波 2. h3. 二、1.干涉 干涉 2.电子束 电子 电子 3.波动性 三、1.氢原子理论 矩阵力学 2.薛定谔方程 3.波动力学 矩阵力学 4.微观世界 量子力学 5.(1)核物理 粒子物理(2)原子、分子物理(3)固 体物理 自我诊断 1.(1)√ (2)×(3)× (4)√ 2.1.66×10-3 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示(1)①普朗克能量子假说和爱因斯坦光子理论。 ②电子束具有波动性。 (2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子 都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因 为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测。 [典例剖析] [例1] [解析] 直接利用德布罗意关系式进行计算。 (1)炮弹的德布罗意波长： a=b?=mn,=65.0×200“m=6.63×10-”m。 (2)它以光速运动时的德布罗意波长： a=h?-?-6.6×3×10m=4.42×10-0m。 (3)由λ=p=m得， 0-m=5.0×400×10-9m/s=3.315×10-m/s。 [答案](1)6.63×10-m(2)4.42×10-?3m (3)3.315×10-2?m/s [针对训练] 1.AC 据物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电 子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种 波就叫物质波，A 正确；由于X射线本身就是一种波， 而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物 质波理论的正确性，B错误；电子是一种实物粒子，电子 的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C正 确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔 后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔 后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现 出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是 波，都会发生干涉、衍射现象，故 D错误。 要点二——[问题导引] 提示 这就表明，微观世界的物理规律和宏观世界的物 理定律可能存在巨大的差别，人们需要建立描述微观世 界的物理理论。 [典例剖析] [例2] AD 由已学知识可知A正确，B错误；量子力 学是在早期量子论基础上建立的，C错误；量子力学能 够解决微观世界的物理问题，D正确。 [针对训练] 2.B 丹麦物理学家玻尔意识到经典物理在解释原子结 构方面的困难，在1913年第一次将量子观念引入了原 子领域，提出了定态和跃迁的概念，A、C错误；爱因斯 坦在1905年发表了《关于光的产生和转化的一个试探 性观点》一文，提出了光本身就是由一个个不可分割的 能量子组成的，即光是由光子组成，并且总结出了爱因 斯坦光电效应方程，B正确；德布罗意把光的波粒二象 性推广到了实物粒子，预言了实物粒子也具有波的特 性，D错误。 【随堂巩固促应用】 1.C 根据德布罗意波的波长公式λ=势可知，如果电子 的德布罗意波长与中子相等，则电子与中子一定具有相 同的动量，故C正确。 2.BD 一切运动的物体都有一种波与它相对应，所以宏 观物体也具有波动性，选项 A错误，B正确；物质波的波 长与其动量成反比，因为宏观物体的动量较大，所以其 波长非常短，不易观察到其衍射现象，选项C错误；速度 相同的质子和电子，电子的质量较小，动量较小，物质波 的波长较长，故波动性明显，D正确。 3.C 由题意可知，亮条纹是电子到达概率大的地方，暗 条纹是粒子到达的概率小，故 A 正确；电子是实物粒 子，能发生衍射现象，该实验说明物质波理论是正确的， 不能说明光子的波动性，故 B、D正确，C错误。 4.C 设加速后的速度为 v,根据动能定理可得 qU= m2,所以o=√m?,由德布罗意波长公式可得λ= m√2u2m?,故 C正确。 第五章 原子核 1.原子核的组成 【自主学习探新知】 一、1.射线 2.射线 3.放射性 4.83 83 5.(1)贝克勒尔 二、1.正电 负电 2.氦原子 3.电子 4.电磁波 三、1.质子 质子 2.中子 中子 原子核 3.质子 中子 核子 4.质子数 质子数 5.质子数 中子数 原子核 同一位置 自我诊断 1.(1)×(2)×(3)√(4)× (5)√ (6)× 2.(1)B(2)180 (3)相同 14