第四章 5 粒子的波动性和量子力学的建立-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

第四章原子结构和波粒二象性。 最长波长与最短波长之比为() 变式训练2 A号 B告 (多选)用光子能量为E的光束照射容 c.3 D. 器中的氢气，氢原子吸收光子后，能发射频 率为v1、2、3的三种光子，且y<2<3,入 川要点2光子的发射与吸收 射光束中光子的能量应是() A.hv3 B.h(v+v2) 原子从一种定态跃迁到另一种定态时， C.h(v2+v3) D.h(y+2+w3) 它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量 由这两种定态的能量差决定，即 情境拓展 发射光子h=B.-B,即高能级E,低能 氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼 吸收光子hw=En-Em, 级Emo 系、 帕邪系等，其中帕邢系的公式为} 例2氢原子的核外电子从距核较近的轨道 R子是 (n=4,5,6,…),H=1.10× 跃迁到距核较远的轨道过程中() A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原 10?m。电磁波谱如图所示，其中可见光的 子的电势能增大，原子的能量增大 波长范围是400~760nm,帕邢系中，氢原 B.原子要放出光子，电子的动能减小，原 子发出的光是() 子的电势能减小，原子的能量也减小 可见光 无线电波 C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原 长中短被微被红外线红外线X射跳y射线 波长/m102109102104106108101010-12 子的电势能减小，原子的能量增大 情境拓展题图 D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原 子的电势能增大，原子的能量增大 A.可见光 B.红外线 C.紫外线 D.X射线 5.粒子的波动性和量子力学的建立 波。 知识梳理 2.粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的 频率v和波长入之间的关系：= 川知识点1粒子的波动性 入= 1.德布罗意假设：每一个 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 学 (85 高中物理选择性必修第三册（人教版） 层次的物质结构，又促进了 学和宇 川知识点2物质波的实验验证 宙学的研究。 1.实验探究思路： 是波 (2)推动了原子、分子物理和光学的发展 特有的现象，如果实物粒子具有波动性， 人们认识了原子的结构，以及原子、分 则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射 子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各 现象。 样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的 2.实验验证：1927年戴维森和G.P.汤姆孙 技术。 分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的 (3)推动了固体物理的发展 实验，得到了电子的衍射图样，证实了电 人们了解了固体中电子运行的规律，并 子的 弄清了为什么固体有 、 绝缘体和半 3.说明 导体之分。 除了电子以外，人们陆续证实了中子 要点突破 质子以及原子、分子的 对 于这些粒子，德布罗意给出的v= 川要点1光的波动性与粒子性的统一 和入= 关系同样正确。 4.电子、质子、原子等粒子和光一样，也具 光的波动性 光的粒子性 有 性。 实验 干涉、衍射 光电效应、 基础 康普顿效应 川知识点3量子力学 光的波动性是光子 本身的一种属性， 粒子的含义是“不连 1.量子力学的建立 它不同于宏观的波， 续”“一份一份”的 它是一种概率波， 光的粒子即光子，不 普朗克黑体辐射 即光子在空间各点 同于宏观概念的粒 理论、爱因斯坦 出现的可能性大小 子，但也具有动量和 黑体辐射、 光电效应理论 苏 薛定谔方程 (概率)可用波动规 能量。(1)当光同 光电效应、 康普顿散射理 含义 律描述：(1)足够 物质发生作用时，表 氢原子光谱 论、玻尔氢原子 (波动力学) 能量的光（大量光 现出粒子的性质。 理论、德布罗意 子)在传播时，表 (2)少量或个别光子 物质波假说 现出波的性质。 易显示出光的粒子 (2)频率低、波长 性。(3)频率高 波长短的光，粒子性 2.量子力学的应用 长的光，波动性特 征显著 特征显著 借助量子力学，人们深入认识了 (选填“宏观”或“微观”)世界的组成 (1)光子说并没有否定波动性，E=hw中， v表示光的频率，表示了波的特征。光既 结构和属性。 具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒 (1)推动了核物理和粒子物理的发展 性 子性都是光的本身属性，只是在不同条件 下的表现不同 人们认识了原子、原子核、基本粒子等 (2)只有用波粒二象性，才能统一说明光 各个 (选填“宏观”或“微观”) 的各种行为 86)学 第四章原子结构和波粒二象性 注意：光的反射、传播和吸收不是连续的， 时显出波动性，如果光只通过一个缝时 而是一份一份的，每一份就是一个光子，单 显示出粒子性 个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的 要点2对物质波的理解及实际应用的处？ 区域是不确定的，但是大量光子表现出波动 理方法 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 ：1.物质波是一种概率波，有别于机械波和电 波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒 磁波，不存在传播速度的概念。 子性越显著。 2.对于实物粒子而言，计算德布罗意波长常 例1（多选）在光的双缝干涉实验中，若 用到的动能和动量的关系式E 2m,p= 在光屏处放照相底片，并设法控制入射光线 V2mE，有时还要结合动能定理进行 强度和曝光时间，则下列描述中正确的是 求解。 例2下列说法正确的是() A.若曝光量很小，底片上会出现一些分布 A.物质波属于机械波 不规则的亮点，显示出光的粒子性 B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒 B.即使曝光量很小，底片上也会显示出明 子才具有波动性 暗相间的条纹，证明光具有波动性 C.德布罗意认为任何一个运动的物体，小 C.若曝光量足够大，底片上会出现亮度均 到电子、质子、中子，大到行星、太阳 匀的光斑，显示出光的波动性 都有一种波与之相对应，这种波叫物质波 D.若曝光量足够大，底片上会出现明暗相 D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干 间的条纹，证明光具有波动性 涉现象，所以宏观物体运动时不具有波 变式训练1 动性 有关光的本性的说法正确的是() 变式训练2 A.有关光的本性，牛顿提出了“粒子说”， 电子和光一样具有波动性和粒子性，它 惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出 表现出波动的性质，就像Ⅹ射线穿过晶体 了“光子说”，它们都圆满地说明了光的 时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动 本性 叫物质波。质量为m的电子以速度v运动 B.光具有波粒二象性指既可以把光看成宏 观概念的波，也可以将其看成微观概念 时，这种物质波的波长可表示为A=么，电 D 上的粒子 子质量m=9.1×101kg,电子电荷量e=1.6× C.光的干涉、衍射说明光具有波动性，光： 109C,普朗克常量h=6.63×104Js。 电效应说明光具有粒子性 (1)计算具有100eV动能的电子的动量p D.在光双缝干涉实验中，如果光通过双缝 和波长入。 学 87 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） (2)若一个静止的电子经2500V电压加速： 情境拓展 ①求能量和这个电子动能相同的光子的波 长，并求该光子的波长和这个电子的波长 在科学研究中，常利用热中子衍射研究 之比。 晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与 ②求波长和这个电子波长相同的光子的能 晶体中原子间距（约100m)相近。已知中 量，并求该光子的能量和这个电子的动能： 子质量m=1.66×102”kg,普朗克常量h= 之比。已知电子的静止能量mc2=5.0× 6.63×104Js,电子电荷量e=1.6×1019C,可 105eV,m为电子的静质量，c为光速。 以估算热中子动能的数量级为() A.10-5J B.1018J C.102eV D.102ev 88)学高中物理选择性必修第三册（人教版） >"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 1L运动物质2斧： 知识点2物质波的实验验证 1.干涉衍射2.波动性 3被动性片合4被粒二象 知识点3量子力学 2.微观(1)微观天文(3)导体 要点突破 例1AD【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 第五章 >"1.原子核的组成 知识梳理 知识点1天然放射现象 1.贝克勒尔感光 2.(1)发出射线(2)放射性(3)大于83 小于或等于83 知识点2射线的本质 1.带电粒子流不偏转 2.(1)氦原子核电离(2)电子流铝板 (3)电磁波铅板 3.原子核原子核 知识点3原子核的组成 1.c粒子p2.相同不带电n查德威克 3.质子和中子核子4.整数Z 5.单个核子A6.质量电荷数 7.质子数中子数同位素 要点突破 例1AD【解析】因a射线是高速氢核流，一个 粒子带两个正电荷。根据左手定则，α射线受到的洛伦 兹力向左，B射线是高速电子流，带负电荷。根据左手 定则，B射线受到的洛伦兹力向右，Y射线是Y光子， 是中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发 生偏转，故A正确，B错误；因α射线实质为氢核流， 带正电，B射线为电子流，带负电，Y射线为高频电磁 40 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。 变式训练1C 例2C【解析】任何一个运动的物体都具有波动 性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很 难看到它的衍射和干涉现象，所以C正确，B、D错 误；物质波不同于宏观意义上的波，是概率波，故A 错误。 变式训练2(1)5.4×10-4kg·ms1.2×10-0m(2) ①4.0x106J5.0x10-0m20.8②8.3x105J20.8 情境拓展 C【解析】根据德布罗意波理论，中子动量为p= 冬，中子动能为=了m,联立代入数据可 估算出中子动能的数量级为10-0J或10-2eV,故C 正确。 子核 波，根据电荷所受电场力特点可知：向左偏的为β射 线，不偏的为y射线，向右偏的为射线，故C错误， D正确。 变式训练1B 例2(1)88138(2)881.408x10C(3)88 【解析】(1)原子序数与核内质子数、核电荷数、中性 原子的核外电子数都是相等的。原子核的质量数等于核 内质子数与中子数之和，镭核中的质子数等于原子序 数，故质子数为88，中子数N等于原子核的质量数A 与质子数Z之差，即N=A-Z=226-88=138。(2)镭核 的核电荷数和所带的电荷量分别是Z-88,Q=εZ=88×1.6× 10-C=1.408×10-nC。(3)核外电子数等于核电荷 数，其核外电子数为88。 变式训练2B 情境拓展 D【解析】Y射线的穿透能力很强，能穿透几厘米 厚的铅板和几十厘米厚的混凝土，A错误；γ射线是波 长很短、频率很高的光子流，B错误；Y射线属于高频 电磁波，它们在真空中的传播速度是相等的，C错误； γ射线不带电，在磁场中不发生偏转，在星系间传播时， 不受星系磁场的影响，D正确。