物理5 粒子的波动性和量子力学的建立学案

这是一份物理5 粒子的波动性和量子力学的建立学案，共7页。学案主要包含了粒子的波动性，物质波的实验验证，量子力学的建立和应用等内容，欢迎下载使用。
第四章原子结构和波粒二象性第5节粒子的波动性和量子力学的建立   理解德布罗意波，会解释相关现象知识点一、粒子的波动性(1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，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，也叫物质波．(2)物质波的波长、频率关系式ν＝，λ＝.知识点二、物质波的实验验证(1)实验探究思路干涉、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年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的波动性．电子束穿过铝箔后的衍射图样(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、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．②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性．知识点三、量子力学的建立和应用（1）量子力学：描述微观世界行为的理论。（2）量子力学的创立是物理学历史上的一次重要革命。量子力学和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础。（3）量子力学的应用①量子力学推动了核物理和粒子物理的发展②量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展③量子力学推动了固体物理的发展1.下列说法中正确的是(　　)A．物质波属于机械波B．物质波与机械波没有本质区别C．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D．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，都有一种波和它对应，这种波叫物质波【解析】物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A、B均错误；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C错误；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，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，D正确．【答案】D2.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27 kg)【解析】中子的动量为p1＝m1v，子弹的动量为p2＝m2v，据λ＝知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为λ1＝，λ2＝联立以上各式解得：λ1＝，λ2＝将m1＝1.67×10－27 kg，v＝1×103 m/s，h＝6.63×10－34 J·s，m2＝1.0×10－2 kg代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10 m，λ2＝6.63×10－35 m.【答案】4.0×10－10 m　6.63×10－35 m1．下列说法正确的是（　　）A．光子就是质点B．光不具有波动性C．光具有波粒二象性D．实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质【答案】C【详解】光子的本质是电磁波，不是质点；光具有波粒二象性；实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，但是实物粒子与光子是不同本质的物质。故选C。2．下列关于波粒二象性说法正确的是（　　）A．X射线的比紫光的波动性明显B．通过同一个双缝干涉装置，粒子性越明显的光条纹间距越大C．大量光子体现出波动性，个别光子体现出粒子性D．电子的波动性对应的物质波与水波是同一种波【答案】C【详解】A．X射线的频率大，波长短，故X射线的比紫光的波动性弱，故A错误；B．通过同一个双缝干涉装置，粒子性越明显则波长短， ，光条纹间距越小，故B错误；C．光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C正确；D．物质波是概率波，而机械波是由机械振动在介质中的传播，故两者是完全不同的概念，故D错误。故选C。3．美国物理学家阿瑟阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（　　）A．光镊技术利用光的粒子性B．光镊技术利用光的波动性C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量D．红色激光光子动量大于绿色激光光子动量【答案】A【详解】AB．光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，A正确，B错误；C．红光的频率小于绿光的频率，根据可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，C错误。D．红色激光光子的频率小于绿色激光光子的频率，则红色激光光子的波长大于绿色激光光子的波长，根据可知红色激光光子动量小于绿色激光光子动量，D错误。故选A。4．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a、b、c所示的图像，则下列说法不正确的是（　　）A．图像a表明光具有粒子性B．图像b表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图像D．实验表明光子在空间各点出现的可能性的大小（即概率），可以用波动规律来描述【答案】C【详解】A．图像a以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，表明光具有粒子性，选项A正确；B．图像b有明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，表明光具有波动性，选项B正确；C．因为紫外光是不可见光，所以直接用眼睛观察不到类似的图象，但是用感光胶片是可以观察到类似现象的，选项C错误；D．实验表明光子在空间各点出现的可能性的大小（即概率），可以用波动规律来描述，选项D正确。本题选不正确的，故选C。5．波粒二象性时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粒子性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等【答案】A【详解】A．光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；B．衍射是波特有的性质；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，B错误；C．黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，C错误；D．由及可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，D错误。故选A。6．关于光的本性，下列说法错误的是（　　）A．泊松亮斑说明光具有波动性B．偏振现象说明光是一种纵波C．光是一种概率波D．光子除了具有能量之外还具有动量【答案】B【详解】A．泊松亮斑是光的衍射，说明光具有波动性，A正确，不符合题意；B．偏振现象说明光是一种横波，B错误，符合题意；C．光具有波粒二象性，光是一种概率波，C正确，不符合题意；D．光电效应证明光子具有能量，康普顿散射实验证明光子具有动量，D正确，不符合题意。故选B。7．“4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代．4G所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109）， 而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（　　）A．光子能量较小 B．光子动量较大C．在真空中传播速度更大 D．遇到障碍物更容易发生衍射现象【答案】B【详解】A．根据光子能量可知5G使用的电磁波光子能量较大，A错误；B．根据光子动量可知，5G使用的电磁波光子动量较大，B正确；C．所有频率的光在真空中传播的速率均为，C错误；D．由于波长可知5G使用的电磁波波长更短，遇到障碍物不容易发生衍射现象，D错误。故选B。8．肆虐全球的新冠肺炎由新冠病毒引发，新冠病毒直径约60-140nm，通常需要借助电子显微镜才能看到。如图所示为某型号电子显微镜，竖直圆筒的上下两端分别装着电极，电子在两电极间从上向下加速，电子的动量越大，显微镜的分辨率就越高。假设电子由静止开始加速，下列说法正确的是（　　）A．圆筒上端为正极，下端为负极B．两极间电压越大，电子离开电极时的波长越长C．若两极间电压不变，增大圆筒长度可提高显微镜的分辨率D．若将电子改为质子，以相同电压加速时质子显微镜分辨率更高【答案】D【详解】A．电子在两电极间从上向下加速，说明电场方向从下向上，下端为正极，上端为负极，选项A错误；B．两极间电压越大，电子离开电极时的速度越大，电子的动量越大，根据可知波长越小，选项B错误；C．若两极间电压不变，根据电子离开电极时的速度不变，显微镜的分辨率不变，选项C错误；D．由于质子的质量远远大于电子的质量，以相同电压加速时，质子和电子获得的动能相同，根据可知质子的动量更大，因此质子显微镜分辨率更高，选项D正确。故选D。