2022學年高中物理 第四章 波粒二象性 粒子的波動性、不確定關系習題 教科版選修3-5

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1、2022學年高中物理 第四章 波粒二象性 粒子的波動性、不確定關系習題 教科版選修3-5 一、選擇題 1．對于光的波粒二象性的說法中，正確的是（ ）． A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機械波是同樣一種波 C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的 D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子的能量E=h中，頻率仍表示的是波的特性 2．關于光的波粒二象性，下列說法正確的是（ ）． A．光的粒子性說明每個光子就像一個極小的球體 B．光是波，與橡皮繩上

2、的波相似 C．光的波動性是大量光子運動規(guī)律的表現(xiàn)，在干涉條紋中，那些光強度大的地方，光子到達的概率大 D．在宏觀世界中波動性和粒子性是對立的，在微觀世界是可以統(tǒng)一的 3．在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95％以上．假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子（ ）． A．一定落在中央亮紋處 B．一定落在亮紋處 C．可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大 4．光子有能量，也有動量，動量p=h／，它也遵循有關動量的規(guī)律．如圖所示，真空中，有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點的豎直軸OO＇在水平面

3、內(nèi)靈活地轉動，其中左邊是圓形黑紙片（吸收光子），右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片（反射光子）．當用平行白光垂直照射這兩個圓面時，關于裝置開始轉動情況（俯視）的下列說法中正確的是（ ）． A．順時針方向轉動 B．逆時針方向轉動 C．都有可能 D．不會轉動- 5．頻率為的光子，具有的能量為如，動量為h／c，將這個光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上，光子將偏離原來的運動方向，這種現(xiàn)象稱為光的散射．散射后的光子（ ）． A．改變原來的運動方向，但頻率保持不變 B．光子將從電子處獲得能量，因而頻率將增大 C．

4、散射后的光子運動方向將與電子運動方向在一條直線上，但方向相反 D．由于電子受到碰撞時會吸收光子的一部分能量，散射后的光子頻率低于入射光的頻率 6．下列哪組現(xiàn)象能說明光具有波粒二象性（ ）． A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射 C．光的反射和光電效應 D．泊松亮斑和光電效應 7．關于電子的運動規(guī)律，以下說法正確的是（ ）． A．電子如果不表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓定律 B．電子如果不表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循波動規(guī)律 C．電子如果表現(xiàn)

5、波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律 D．電子如果表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓定律 8．A、B是繞地球做勻速圓周運動的人造衛(wèi)星，A的質(zhì)量等于B的質(zhì)量，A的軌道半徑大于B的軌道半徑，設A、B的德布羅意波長分別為A和B，則下列判斷正確的是（ ）． A．A＝B B．A＞B C．A＜B D．條件不足，無法比較A和B的大小 9．電子顯微鏡的最高分辨率高達0.2 nm，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同速度的情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將（ ）． A．小于0.2 nm

6、 B．大于0.2 nm C．等于0.2 nm D．以上說法均不正確 二、填空題 10．不確定性描繪________的運動狀態(tài)不能像宏觀物體的運動那樣通過確定軌跡來描述，只能通過來描述，其表達式為________． 11．中子的質(zhì)量m=1.67×10－27 kg，如果它以v=1.0×103 m／s的速度運動，它的德布羅意波長為________，這個波長與電磁波中________的波長相當． 12．關于光的本性，早期有牛頓的微粒說和惠更斯的________，后來又有麥克斯韋的電磁說，上世紀初，為解釋________現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說． 13．已知銫

7、的逸出功為1.88 eV，用3000 的紫外光照射，光電子的最大初動能為________eV，最大初速度為________n／s． 三、解答題 14．某電視顯像管中電子的運動速度為4.0×107 m／s，質(zhì)量為9.1×10－31 kg；質(zhì)量為10 g的一顆子彈運動速度為200 m／s，分別計算它們的德布羅意波長，并與紫光的波長相比較． 15．一個電子的動能為3600 eV，如果有一個質(zhì)子的德布羅意波長和這個電子的德布羅意波長相等，求這個質(zhì)子的動能．（設質(zhì)子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1800倍） 16．已知鈉發(fā)生光電效應的極限波長為0=5×10－7 m，現(xiàn)用波長為4×10－7 m

8、的光照射用鈉作陰極的光電管．求： （1）鈉的逸出功形； （2）為使光電管中的光電流為零，在光電管上所加反向電壓至少多大？ 17．德布羅意認為：任何一個運動著的物體，都有一種波與它對應，波長，式中p是運動物體的動量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的10－4倍，求： （1）電子的動量的大??； （2）試推導加速電壓跟德布羅意波長的關系，并計算加速電壓的大小．（電子質(zhì)量m=9.1×10－31 kg，電子電荷量e=1.6×10－19 c，普朗克常量h=6.6×10－34 J·s，加速電壓的計算

9、結果取一位有效數(shù)字） 18．如圖所示為倫琴射線管的示意圖，K為陰極鎢絲，發(fā)射的電子的初速度為零，A為對陰極（即陽極），當A、K之間加直流電壓U=30 kV時，電子被加速打在對陰極A上，使之發(fā)出倫琴射線，設電子的動能全部轉化為倫琴射線的能量，試求： （1）電子到達對陰極的速度是多大？ （2）由對陰極發(fā)出的倫琴射線的最短波長是多大？ （3）若A、K間的電流為10 mA，那么每秒鐘從對陰極最多能輻射出多少個倫琴射線光子？（電子電荷量e=1.6×10－19 c，電子質(zhì)量m=0.91×10－30 kg，普朗克常量h=6.63×10－34 J·s）

10、 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】D 【解析】根據(jù)波粒二象性，光同時具有波動性和粒子性，A選項錯誤．光不同于宏觀觀念的粒子和波，故B選項錯誤．光的波動性是光子本身固有的性質(zhì)，不是光子之間相互作用引起的，C選項錯誤．光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是反映波動特征的物理量，因此E=h揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系，光子說并未否定電磁說．故D選項正確． 2．【答案】C、D 【解析】由于波動性和粒子性是光同時具有的兩種屬性，故不同于宏觀觀念中的波和粒子，故A、B選項錯誤．在干涉實驗中，光強度大的地方，即為光子到達概率大的地方，表現(xiàn)為亮紋，光強度小的地方，

11、即為光子到達概率小的地方，表現(xiàn)為暗紋，故C選項正確．在宏觀世界中，牛頓的“微粒說”與惠更斯的“波動說”是相互對立的，只有在微觀世界中，波動性與粒子性才能統(tǒng)一，故D選項正確． 【點撥】理解光的波粒二象性，知道波動性與粒子性怎樣統(tǒng)一起來的是解題的關鍵． 3．【答案】C、D 【解析】根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處?？蛇_到95％以上．當然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D正確． 4．【答案】B 【解析】設入射光子的動量為p，由于黑紙片吸收光子，光子的動量變化量的大小Δp1=

12、p，白紙片反射光子，光子的動量變化量的大小Δp2=2p，根據(jù)動量定理可知，光子對白紙片的沖擊力大些． 5．【答案】D 【解析】由于電子的能量增加，根據(jù)能量守恒可以知道，光子的能量應當減少，頻率降低，D正確． 6．【答案】D 【解析】泊松亮斑說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性，故D對． 7．【答案】C 【解析】電子波動性是不能用軌跡來描述其運動的，只能用空間的分布概率來描述． 8．【答案】B 【解析】衛(wèi)星做勻速圓周運動的速度，軌道半徑大的衛(wèi)星速度小，vA＜vB，由德布羅意波的波長公式可知，衛(wèi)星A的德布羅意波長大于衛(wèi)星B的波長，B正確． 9．【答案】A

13、 【解析】電子顯微鏡是利用電子的波動性為工作原理，其分辨率與電子的德布羅意波長成反比，物質(zhì)波的波長與實物粒子的動量有關，即．在同樣速度的情況下，質(zhì)子的質(zhì)量大，其波長短，質(zhì)子顯微鏡的分辨率更高于電子顯微鏡的分辨率． 二、填空題 10．【答案】微觀粒子 概率統(tǒng)計 11．【答案】3.97×10－10 m 射線 12．【答案】波動說 光電效應 13．【答案】2.26 8.9×105 【解析】，． 三、解答題 14．【答案】見解析。 【解析】． ． 而紫光的波長在3.8×10－7～4.6×10－7 m的范圍，比電子、子彈的波長大得多，故

14、一般情況下電子、子彈等看不到干涉、衍射現(xiàn)象，很難觀察出其波動性． 15．【答案】見解析。 【解析】由題意得，又因為，則pH=pe，又，則，所以 ． 16．【答案】見解析。 【解析】（1）逸出功 ． （2）光電子最大初動能 ． Ek=eUc，Uc=Ek／e=0.62V． 17．【答案】見解析。 【解析】（1），電子的動量 ． （2）電子在電場中加速，有 ， ． 18．【答案】見解析。 【解析】（1），，代入數(shù)據(jù)得：v=1.0×108 m／s． （2）因為，，所以． （3）個=6.25×l 016個．