人教版选择性必修三第四章4.5粒子的波动性和量子力学的建立学案

4.5粒子的波动性和量子力学的建立学案
一学科核心素养
物理观念∶形成实物粒子也具有波粒二象性的观念，了解量子力学在生活中的应用。
科学思维∶能够利用波粒二象性关系式解释实物粒子的波动性，能在生活中发现量子力学的具体应用情形，并作出解释。
科学探究：通过物质波的验证，掌握验证物理理论的基本方法——实验。
科学态度与责任∶量子力学不是一天建成的，也不是一个人就能建立，告诫学生做事要懂得合作，要持之以恒。
二学习重难点
重点：实物粒子的波粒二象性，实验验证物质波，量子力学的建立。
难点：实物粒子的波粒二象性，实验验证物质波。
三课前预习
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___________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：___________、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___________。
（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）电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有___________性。
（5）量子力学的建立
3．量子力学的应用
（1）借助量子力学，人们深入认识了___________(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性。量子力学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___________(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了___________学和宇宙学的研究。
（2）量子力学推动了原子、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）量子力学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。
4．光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有____性，光既具有波动性，又具有___ 性，即光具有_____性。
5．波长为0.02nm的X射线照射人体骨骼，如果该射线光子被骨骼吸收，则对应逸出电子的能量可估算为________eV（保留一位有效数字），若该射线光子被骨骼中的电子散射，则出射的X射线波长有所__________（填“增大”或“减小”）．（可利用数据：普朗克常量，其中真空中的光速，）
6．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_______、绝缘体和半导体之分。
7．质量为1000 kg的小汽车以v＝40 m/s的速度在高速公路上行驶，则估算小汽车的德布罗意波长为________。
8．一物体质量m=3kg，从高处由静止开始自由下落，空气阻力忽略不计，重力加速度g=10m/s2，则2s末物体的动量大小为________kg·m/s，方向_________，此时物体的德布罗意波长约为_______m（结果保留一位小数），2s内该物体受到的冲量大小为_______N·s。
9．我国科学家用冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面蛋白与人体细胞表面蛋白的结合过程。冷冻电子显微镜比光学显微镜分辨率更高，其原因是电子的物质波波长远小于可见光波长。由此可知电子比可见光___________（选填“更容易”或“更不容易”或“一样容易”）发生明显衍射。电子束通过由电场构成的电子透镜实现会聚、发散作用。电子透镜由金属圆环M、N组成，其结构如图甲所示，图乙为其截面图（虚线为等势面）。显微镜工作时，两圆环的电势。现有一束电子沿着平行于圆环轴线的方向进入M。则电子在穿越电子透镜的过程中速度不断___________（选填“增大”或“减小”或“不变化”）。
四自我检测
1．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 （　　）
A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光子说完全否定了波动说 D．光电效应说明光具有粒子性
2．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是（　　）
A．曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时间很长的照片，大量亮点聚焦起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性
B．单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律
C．单个光子通过双缝后做匀速直线运动
D．干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达
3．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
4．1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是(　　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
5．近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式，推动了人类文明的进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（　　）
A．光电效应发生的条件是入射光的波长大于金属的极限波长
B．黑体辐射的电磁波的波长分布只与黑体的温度有关
C．光的干涉、衍射、偏振、康普顿效应证明了光具有波动性
D．德国物理学家普朗克提出了光的量子说，并成功地解释了光电效应现象
6．下列关于光的本性的说法中正确的是（　　）
A．光不可能同时既具有波动性，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观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
7．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（　　）
A．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
B．光电效应现象揭示了光的波粒二象性
C．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
8．下列说法正确的是（　　）
A．如果要更准确地确定粒子的位置，那么动量的测量一定会更不准确
B．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光强度和频率均有关
C．当观察者与波源相互靠近时，接收到波的频率一直增大
D．康普顿效应证明了光子只具有动量
9．氢原子辐射一个光子后，则（　　）
A．电子绕核旋转半径增大 B．电子的动能增大
C．氢原子的电势能增大 D．原子的能级值增大
10．下列说法中正确的（　　）
A．质量大的物体，其德布罗意波长短
B．速度大的物体，其德布罗意波长短
C．动量大的物体，其德布罗意波长短
D．动能大的物体，其德布罗意波长短
参考答案：
三课前预习
1．物质
2． 干涉 波动性 波粒二象
3． 微观 微观 天文
4． 粒子 粒子 波粒二象
5． 增大
6．导体
7．
8． 60 竖直向下 1.1×10-35 60
9． 更不容易 增大
四自我检测
1．D
2．B
3．A
4．C
5．B
6．C
7．C
8．A
9．B
10．C
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