資源簡介

4.5粒子的波動性和量子力學的建立學案
一學科核心素養
物理觀念∶形成實物粒子也具有波粒二象性的觀念，了解量子力學在生活中的應用。
科學思維∶能夠利用波粒二象性關系式解釋實物粒子的波動性，能在生活中發現量子力學的具體應用情形，并作出解釋。
科學探究：通過物質波的驗證，掌握驗證物理理論的基本方法——實驗。
科學態度與責任∶量子力學不是一天建成的，也不是一個人就能建立，告誡學生做事要懂得合作，要持之以恒。
二學習重難點
重點：實物粒子的波粒二象性，實驗驗證物質波，量子力學的建立。
難點：實物粒子的波粒二象性，實驗驗證物質波。
三課前預習
1．粒子的波動性
（1）德布羅意波：每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯系，這種與實物粒子相聯系的波稱為德布羅意波，也叫___________波。
（2）粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間的關系：ν=，λ=。
2．物質波的實驗驗證
（1）實驗探究思路：___________、衍射是波特有的現象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發生干涉或衍射現象。
（2）實驗驗證：1927年戴維森和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的___________。
（3）說明
除了電子以外，人們陸續證實了中子、質子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的ν=和λ=關系同樣正確。
（4）電子、質子、原子等粒子和光一樣，也具有___________性。
（5）量子力學的建立
3．量子力學的應用
（1）借助量子力學，人們深入認識了___________(填“宏觀”或“微觀”)世界的組成、結構和屬性。量子力學推動了核物理和粒子物理的發展。人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個___________(填“宏觀”或“微觀”)層次的物質結構，又促進了___________學和宇宙學的研究。
（2）量子力學推動了原子、分子物理和光學的發展
人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式，發展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術。
（3）量子力學推動了固體物理的發展
人們了解了固體中電子運行的規律，并弄清了為什么固體有導體、絕緣體和半導體之分。
4．光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振現象表明光具有波動性，光電效應和康普頓效應表明光具有____性，光既具有波動性，又具有___ 性，即光具有_____性。
5．波長為0.02nm的X射線照射人體骨骼，如果該射線光子被骨骼吸收，則對應逸出電子的能量可估算為________eV（保留一位有效數字），若該射線光子被骨骼中的電子散射，則出射的X射線波長有所__________（填“增大”或“減小”）．（可利用數據：普朗克常量，其中真空中的光速，）
6．推動了固體物理的發展：
人們了解了固體中電子運行的規律，并弄清了為什么固體有_______、絕緣體和半導體之分。
7．質量為1000 kg的小汽車以v＝40 m/s的速度在高速公路上行駛，則估算小汽車的德布羅意波長為________。
8．一物體質量m=3kg，從高處由靜止開始自由下落，空氣阻力忽略不計，重力加速度g=10m/s2，則2s末物體的動量大小為________kg·m/s，方向_________，此時物體的德布羅意波長約為_______m（結果保留一位小數），2s內該物體受到的沖量大小為_______N·s。
9．我國科學家用冷凍電鏡捕捉到新冠病毒表面蛋白與人體細胞表面蛋白的結合過程。冷凍電子顯微鏡比光學顯微鏡分辨率更高，其原因是電子的物質波波長遠小于可見光波長。由此可知電子比可見光___________（選填“更容易”或“更不容易”或“一樣容易”）發生明顯衍射。電子束通過由電場構成的電子透鏡實現會聚、發散作用。電子透鏡由金屬圓環M、N組成，其結構如圖甲所示，圖乙為其截面圖（虛線為等勢面）。顯微鏡工作時，兩圓環的電勢。現有一束電子沿著平行于圓環軸線的方向進入M。則電子在穿越電子透鏡的過程中速度不斷___________（選填“增大”或“減小”或“不變化”）。
四自我檢測
1．下列關于光的波粒二象性的說法中，正確的是 （　　）
A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子
C．光子說完全否定了波動說 D．光電效應說明光具有粒子性
2．為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉實驗中將光屏換成感光膠片，并設法減弱光的強度，下列說法正確的是（　　）
A．曝光時間很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光時間很長的照片，大量亮點聚焦起來看起來是連續的，說明大量光子不具有粒子性
B．單個光子通過雙縫后的落點無法預測，大量光子打在膠片上的位置表現出波動規律
C．單個光子通過雙縫后做勻速直線運動
D．干涉條紋的亮條紋處光子到達的概率大，暗條紋處光子不能到達
3．關于光電效應，下列說法正確的是（　　）
A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大
B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產生光電效應
C．從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小
D．入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內逸出的光電子數就越多
4．1927年戴維遜和革末完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一．如圖所示是該實驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是(　　)
A．亮條紋是電子到達概率大的地方
B．該實驗說明物質波理論是正確的
C．該實驗再次說明光子具有波動性
D．該實驗說明實物粒子具有波動性
5．近代物理和相應技術的發展，極大地改變了人類的生產和生活方式，推動了人類文明的進步。關于近代物理知識下列說法正確的是（　　）
A．光電效應發生的條件是入射光的波長大于金屬的極限波長
B．黑體輻射的電磁波的波長分布只與黑體的溫度有關
C．光的干涉、衍射、偏振、康普頓效應證明了光具有波動性
D．德國物理學家普朗克提出了光的量子說，并成功地解釋了光電效應現象
6．下列關于光的本性的說法中正確的是（　　）
A．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子
C．光的干涉、衍射現象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性
D．頻率低、波長長的光，粒子性特征顯著；頻率高、波長短的光，波動性特征顯著
7．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有（　　）
A．黑體輻射的實驗規律可用光的波動性解釋
B．光電效應現象揭示了光的波粒二象性
C．熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性
D．動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等
8．下列說法正確的是（　　）
A．如果要更準確地確定粒子的位置，那么動量的測量一定會更不準確
B．發生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光強度和頻率均有關
C．當觀察者與波源相互靠近時，接收到波的頻率一直增大
D．康普頓效應證明了光子只具有動量
9．氫原子輻射一個光子后，則（　　）
A．電子繞核旋轉半徑增大 B．電子的動能增大
C．氫原子的電勢能增大 D．原子的能級值增大
10．下列說法中正確的（　　）
A．質量大的物體，其德布羅意波長短
B．速度大的物體，其德布羅意波長短
C．動量大的物體，其德布羅意波長短
D．動能大的物體，其德布羅意波長短
參考答案：
三課前預習
1．物質
2． 干涉 波動性 波粒二象
3． 微觀 微觀 天文
4． 粒子 粒子 波粒二象
5． 增大
6．導體
7．
8． 60 豎直向下 1.1×10-35 60
9． 更不容易 增大
四自我檢測
1．D
2．B
3．A
4．C
5．B
6．C
7．C
8．A
9．B
10．C
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