新教材2025版高中物理第四章原子结构和波粒二象性5.粒子的波动性和量子力学的建立学生用书新人教版选择性必修第三册

5.粒子的波动性和量子力学的建立素养目标1.知道德布罗意波，光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关试验证据．(物理观念)2．驾驭光的波粒二象性，理解其对立统一关系；并能应用波粒二象性说明有关现象，提高分析、推理实力．(科学思维)3．学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，坚持实事求是的科学看法，激发学习科学的爱好．(科学看法与责任)自主落实·必备学问全过关一、粒子的波动性和物质波的试验验证1．粒子的波动性(1)德布罗意波法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有________，即每一个________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被称为德布罗意波，也叫________．(2)物质波的波长、频率关系式ν＝________，λ＝________．2．物质波的试验验证(1)试验探究思路光的________和衍射现象是光具有波动性的有力证据，假如实物粒子具有波动性，那么，它们就应当像光波那样也能发生干涉和衍射．(2)试验验证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试验，得到了________的衍射图样，证明白________的波动性．(3)说明①后来接连证明白质子、中子以及原子、分子[全部物体都具有波动性和粒子性]的________．对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh和λ＝h②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的________很大，对应的德布罗意波的波长________，根本无法视察到它的波动性[波长越长越简单衍射]．二、量子力学的建立与应用1．量子力学的建立(1)普朗克________理论、爱因斯坦________理论、康普顿________理论、玻尔________理论以及德布罗意________假说等一系列理论[都是针对一个特定的详细问题，不是统一的普遍性理论]在说明试验方面都取得了胜利．(2)在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下，描述微观世界行为的理论[统一描述微观世界物理规律的普遍性规律]被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为________．2．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和________物理的发展．(2)量子力学推动了原子、分子物理和______的发展．(3)量子力学推动了________物理的发展．走进生活依据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288km/h，羽毛球的质量为5.0g.求德布罗意波的波长以及能否视察到羽毛球的波动性？合作探究·实力素养全提升探究一对物质波的理解情境探究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试验，得到如图所示的衍射图样．该图样证明白什么？明显衍射电子波长大约是什么？核心归纳1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以视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．物质波波长的计算公式为λ＝hp，频率公式为ν＝ε3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了全部的物质粒子，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，与实物粒子对应的波是物质波．应用体验例1关于物质波，下列说法正确的是()A．速度相等的电子和质子，电子的波长长B．动能相等的电子和质子，电子的波长短C．动量相等的电子和中子，中子的波长短D．甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍针对训练1.下列说法正确的是()A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都具有一种波和它对应，这种波叫作物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性2．[2024·浙江6月]已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg.一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为()A．10－8B．106C．108D．1016探究二对光的波粒二象性的理解核心归纳1.对光的本性相识史人类对光的相识经验了漫长的历程，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，对于光的本性的相识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性．对于光的本性相识史，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试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)少量或个别光子简单显示出光的粒子性(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应用体验例2[2024·聊城高二检测](多选)1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成了电子束衍射试验，该试验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理试验之一．如图所示的是该试验装置的简化图，下列说法正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该试验说明物质波理论是正确的C．该试验再次说明光子具有波动性D．该试验说明实物粒子具有波动性例3[2024·湖南卷]关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A．卢瑟福的核式结构模型说明白原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性误区警示光的波粒二象性的三点留意(1)光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．(2)光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．(3)光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．针对训练3.[2024·四川绵阳南山中学高二下期中]用很弱的光做双缝干涉试验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不行能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照耀到感光胶片上得到的照片．这些照片说明()A．光只有粒子性没有波动性B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性C．光只有波动性没有粒子性D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性学以致用·随堂检测全达标1．在历史上，最早证明白德布罗意波存在的试验是()A．弱光衍射试验B．电子束在晶体上的衍射试验C．弱光干涉试验D．X射线的衍射试验2．关于德布罗意波，下列说法正确的是()A．全部物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波B．任何一个运动着的物体都有一个波和它对应，这就是德布罗意波C．运动着的电场、磁场没有相对应的德布罗意波D.只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波3．(多选)为了视察晶体的原子排列，可以采纳下列方法：(1)用辨别率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象，因此电子显微镜的辨别率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列．下列分析中正确的是()A．电子显微镜所利用的是电子的物质波波长比原子尺寸小得多B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸D．中子的物质波波长可以与原子尺寸相当4．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的试验规律可用光的波动性说明D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波波长也相等5．法国物理学家德布罗意认为，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，波长λ＝hp，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波．假如有两个电子的速度分别为v1和v2，且v1＝2v2A．λ1∶λ2＝1∶2B．λ1∶λ2＝4∶1C．λ1∶λ2＝2∶1D．λ1∶λ2＝1∶45．粒子的波动性和量子力学的建立自主落实·必备学问全过关一、1．(1)波动性运动物质波(2)ε2．(1)干涉(2)电子电子(3)波动性动量很短二、1．(1)黑体辐射光电效应散射氢原子物质波(2)量子力学2．(1)粒子(2)光学(3)固体走进生活提示：羽毛球的速度v＝288km/h＝80m/s，其德布罗意波的波长λ＝hp＝hmv＝6.63×合作探究·实力素养全提升探究一情境探究提示：证明电子的波动性；与晶核尺度相近．应用体验[例1]解析：由λ＝hp可知，动量大的粒子波长短，电子与质子的速度相等时，电子的动量小，波长长，故A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝2mEk可知，电子的动量小，波长长，故B错误；动量相等的电子与中子，其波长应相等，故答案：A针对训练1．解析：物质波是一切运动的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观运动的物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，C正确．答案：C2．解析：依据公式λ＝hp＝h2mEk，可知动能相同时λ∝1m.油的密度ρ约为0.8×103kg/m3，油滴的体积为V＝43πd23，则m油＝ρV＝2.7×10－14kg，电子和油滴的德布罗意波长之比为答案：C探究二应用体验[例2]解析：物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确．电子属于实物粒子，电子衍射试验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误．答案：ABD[例3]解析：卢瑟福的核式结构模型说明的是α粒子散射试验现象，A项错误；玻尔的原子理论只说明白氢原子光谱分立特征，但无法说明其他原子如氦的原子光谱，B项错误；光电效应说明光具有能量，具有粒子性，C项正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性，D项错误．答案：C针对训练3．解析：由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于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，所以长时间曝光后最终形成了第三个图片中明暗相间的条纹，故该试验说明白光具有波粒二象性，故A、C、D错误，B正确．答案：B学以致用·随堂检测全达标1．解析：A错：弱光衍射试验证明白光的波动性．B对：电子束在晶体上的衍射试验最早证明白德布罗意波的存在.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试验，从而证明白德布罗意波的存在．C错：弱光干涉试验证明白光的波动性．D错：X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射试验不能证明德布罗意波的存在．答案：B2．解析：任何一个运动着的物体，都有一个波与它对应，这就是德布罗意波，也叫作物质波，物质有两类——实物和场，B正确．答案：B3．解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波波长比原子尺寸小得多，A分析正确；电子的物质波波长很短，则它的动量很大，速度也很大，B分析错误；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波波长或X射线的波长应大于原子尺寸或与原子尺寸相当，C分析错误，D