选择性必修 第三册粒子的波动性和量子力学的建立学案设计

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知识链接
Hi，在开始挑战之前，先来热下身吧！
同学们，现在我们来学习“粒子的波动性和量子力学的建立”。
▪◆学习任务
（一）读教材，首战告捷
让我们一起来阅读教材，并做好色笔区分吧。
（二）试身手， 初露锋芒
让我们来试试下面的问题和小练习吧。
问题：粒子的波动性？
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问题：量子力学的建立？
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练习1．如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最小的是（ ）
A．α粒子B．β粒子C．中子D．质子
练习2．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A．物体的质量B．物体的动量
C．导体中的电流D．东北虎的个数
（三）攻难关，自学检测
让我们来挑战吧！你一定是最棒的！
1．一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的德布罗意波长哪个大？
2．利用金属晶格（大小约10﹣10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（ ）
A．该实验说明了电子具有粒子性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
（四）找规律，方法总结
物质波的实验验证
1927年戴维孙和G. P. 汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，从而证实了电子的波动性。
后来科学家进一步观察到了电子德布罗意波的干涉现象。
量子力学的建立
描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来，它被称为量子力学。
测一测，大显身手
1．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们相等的量还有（ ）
A．速度B．动能C．动量D．总能量
2．太阳辐射到地球表面的功率约为1400W/m2．其中包含了各种波长的红外线、可见光、紫外线等，以可见光部分最强。作为一种简化，我们认为太阳光全部是平均波长600nm（1nm＝10﹣9m）的黄绿光，每秒至少有5个这样的光子进入人眼才能引起视觉，人眼睛的瞳孔约为10mm2，则人眼能看到最远的与太阳相同的恒星与地球距离为多少倍的日地距离：（已知普朗克常数h＝6.63x10﹣34J•s）（ ）
A．9x104 B．9x107C．9 x1010D．9x1014
3．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5：4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为（ ）
A．4：5 4：5B．5：4 4：5C．5：4 5：4D．4：5 5：4
4．下列说法正确的是（ ）
A．微观粒子的能量变化是跳跃式的
B．能量子与电磁波的频率成正比
C．红光的能量子比绿光大
D．电磁波波长越长，其能量子越大
5．我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成量子通信网格。关于量子理论，下列说法正确的是（ ）
A．量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的
B．光的强度越大，则光子的能量也就越大
C．三种放射线α、β、γ，基本质上都是高能光子
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子

试身手， 初露锋芒
练习1．【答案】A
【解析】解：德布罗意波长为λ＝，又根据动量的定义为：p＝mv，解得：λ＝，速率相等，即速度大小相同，α粒子的质量m最大，则α粒子的德布罗意波长最小，故A正确，BCD错误。
故选：A。
练习2．【答案】D
【解析】解：所谓“量子化”一定是不连续的，是一份一份的，题中给出的选项中只有东北虎的个数是一份一份的，故只有D为量子化，故ABC错误，D正确。
故选：D。
攻难关，自学检测
1.【答案】一个电子和一个质子具有相同的动能，电子的德布罗意波长较长。
【解析】解：电子的质量为me=0.91×10-30kg，质子质量为mp=1.67×10-27kg，即：me＜mp；
由于他们的动能相同，结合可知：Pe＜Pp
由于可知：λe＞λp
答：一个电子和一个质子具有相同的动能，电子的德布罗意波长较长。
2.【答案】B
【解析】解：A、实验得到了电子的衍射图样，说明电子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误；
B、设经过电场加速后电子的速度为v，由动能定理可知，eU＝，得v＝，电子德布罗意波的波长＝＝ 故B正确；
C、由上面的分析可知电子的德布罗意波波长λ＝ 可知，加速电压越大，电子德布罗意波波长越短，波长越短则衍射现象越不明显，故C错误；
D、若用相同动能的质子替代电子，质量变大，则粒子的动量P＝变大，故德布罗意波的波长λ＝变小则衍射越将不明显，故D错误；
故选：B。
测一测，大显身手
1.【答案】C
【解析】解：根据德布罗意波长公式λ＝，若一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则动量P也相等；由于二者的质量不同，所以它们的速度、动能以及总能量都不相同，故C正确，ABD错误。
故选：C。
2.【答案】B
【解析】解：设日地距离为r，则P0＝；设人眼到最远的与太阳相同的恒星的距离为R，则P1•S0t＝5，其中：
P1＝，解得：
P1＝＝＝1.66×10﹣13 W，则
9×107；故B正确，ACD错误。
故选：B。
3.【答案】D
【解析】解：两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5：4，根据E＝NE0可得光子能量之比为4：5；
再根据E0＝hv＝h，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5：4；
故选：D。
4.【答案】AB
【解析】解：A、微观粒子的能量变化是跳跃式的，选项A正确；
B、由ɛ＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，选项B正确；
C、红光的频率比绿光小，由ɛ＝hν可知，红光的能量子比绿光小，选项C错误；
D、电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，选项D错误。
故选：AB。
5.【答案】AD
【解析】解：A、普朗克提出了量子论，爱因斯坦提出了光子说。故A正确；
B、根据E＝hv知，光子能量与光子频率有关，与光强度无关。故B错误；
C、三种放射线α、β、γ中，α射线是氦核流，β射线是电子流，只有γ射线才是光子流。故C错误；
D、大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，根据公式hγ＝Em﹣En可知，辐射光的频率大小由能级差决定，只能发射某些特定频率的光子，种类可用公式计算得出。故D正确。
故选：AD。