2022學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 粒子的波動(dòng)性、不確定關(guān)系習(xí)題 教科版選修3-5

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1、2022學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 粒子的波動(dòng)性、不確定關(guān)系習(xí)題 教科版選修3-5 一、選擇題 1．對(duì)于光的波粒二象性的說(shuō)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(jī)械波是同樣一種波 C．光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的 D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)，在光子的能量E=h中，頻率仍表示的是波的特性 2．關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法正確的是（ ）． A．光的粒子性說(shuō)明每個(gè)光子就像一個(gè)極小的球體 B．光是波，與橡皮繩上

2、的波相似 C．光的波動(dòng)性是大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，在干涉條紋中，那些光強(qiáng)度大的地方，光子到達(dá)的概率大 D．在宏觀世界中波動(dòng)性和粒子性是對(duì)立的，在微觀世界是可以統(tǒng)一的 3．在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95％以上．假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)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(dòng)量，動(dòng)量p=h／，它也遵循有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律．如圖所示，真空中，有一“∞”字形裝置可繞通過(guò)橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO＇在水平面

3、內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)情況（俯視）的下列說(shuō)法中正確的是（ ）． A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) B．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)- 5．頻率為的光子，具有的能量為如，動(dòng)量為h／c，將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱為光的散射．散射后的光子（ ）． A．改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c電子運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，但方向相反 D．由于電子受到碰撞時(shí)會(huì)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(shuō)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(yīng) D．泊松亮斑和光電效應(yīng) 7．關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是（ ）． A．電子如果不表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循牛頓定律 B．電子如果不表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循波動(dòng)規(guī)律 C．電子如果表現(xiàn)

5、波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，空間分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律 D．電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循牛頓定律 8．A、B是繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(shè)A、B的德布羅意波長(zhǎng)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(wú)法比較A和B的大小 9．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)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(shuō)法均不正確 二、填空題 10．不確定性描繪________的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不能像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣通過(guò)確定軌跡來(lái)描述，只能通過(guò)來(lái)描述，其表達(dá)式為_(kāi)_______． 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(yùn)動(dòng)，它的德布羅意波長(zhǎng)為_(kāi)_______，這個(gè)波長(zhǎng)與電磁波中________的波長(zhǎng)相當(dāng)． 12．關(guān)于光的本性，早期有牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的________，后來(lái)又有麥克斯韋的電磁說(shuō)，上世紀(jì)初，為解釋________現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)． 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(dòng)能為_(kāi)_______eV，最大初速度為_(kāi)_______n／s． 三、解答題 14．某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度為200 m／s，分別計(jì)算它們的德布羅意波長(zhǎng)，并與紫光的波長(zhǎng)相比較． 15．一個(gè)電子的動(dòng)能為3600 eV，如果有一個(gè)質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)和這個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)相等，求這個(gè)質(zhì)子的動(dòng)能．（設(shè)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(yīng)的極限波長(zhǎng)為0=5×10－7 m，現(xiàn)用波長(zhǎng)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(rèn)為：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長(zhǎng)是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長(zhǎng)是這種紫光波長(zhǎng)的10－4倍，求： （1）電子的動(dòng)量的大??； （2）試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長(zhǎng)的關(guān)系，并計(jì)算加速電壓的大?。娮淤|(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(jì)算

9、結(jié)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(duì)陰極（即陽(yáng)極），當(dāng)A、K之間加直流電壓U=30 kV時(shí)，電子被加速打在對(duì)陰極A上，使之發(fā)出倫琴射線，設(shè)電子的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為倫琴射線的能量，試求： （1）電子到達(dá)對(duì)陰極的速度是多大？ （2）由對(duì)陰極發(fā)出的倫琴射線的最短波長(zhǎng)是多大？ （3）若A、K間的電流為10 mA，那么每秒鐘從對(duì)陰極最多能輻射出多少個(gè)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(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，A選項(xiàng)錯(cuò)誤．光不同于宏觀觀念的粒子和波，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤．光的波動(dòng)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(xiàng)錯(cuò)誤．光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比，而頻率是反映波動(dòng)特征的物理量，因此E=h揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)系，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)．故D選項(xiàng)正確． 2．【答案】C、D 【解析】由于波動(dòng)性和粒子性是光同時(shí)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(xiàng)錯(cuò)誤．在干涉實(shí)驗(yàn)中，光強(qiáng)度大的地方，即為光子到達(dá)概率大的地方，表現(xiàn)為亮紋，光強(qiáng)度小的地方，

11、即為光子到達(dá)概率小的地方，表現(xiàn)為暗紋，故C選項(xiàng)正確．在宏觀世界中，牛頓的“微粒說(shuō)”與惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”是相互對(duì)立的，只有在微觀世界中，波動(dòng)性與粒子性才能統(tǒng)一，故D選項(xiàng)正確． 【點(diǎn)撥】理解光的波粒二象性，知道波動(dòng)性與粒子性怎樣統(tǒng)一起來(lái)的是解題的關(guān)鍵． 3．【答案】C、D 【解析】根據(jù)光的概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)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_(dá)到95％以上．當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過(guò)，落在暗紋處的概率很小，故C、D正確． 4．【答案】B 【解析】設(shè)入射光子的動(dòng)量為p，由于黑紙片吸收光子，光子的動(dòng)量變化量的大小Δp1=

12、p，白紙片反射光子，光子的動(dòng)量變化量的大小Δp2=2p，根據(jù)動(dòng)量定理可知，光子對(duì)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(yīng)當(dāng)減少，頻率降低，D正確． 6．【答案】D 【解析】泊松亮斑說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，故D對(duì)． 7．【答案】C 【解析】電子波動(dòng)性是不能用軌跡來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)的，只能用空間的分布概率來(lái)描述． 8．【答案】B 【解析】衛(wèi)星做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)公式可知，衛(wèi)星A的德布羅意波長(zhǎng)大于衛(wèi)星B的波長(zhǎng)，B正確． 9．【答案】A

13、 【解析】電子顯微鏡是利用電子的波動(dòng)性為工作原理，其分辨率與電子的德布羅意波長(zhǎng)成反比，物質(zhì)波的波長(zhǎng)與實(shí)物粒子的動(dòng)量有關(guān)，即．在同樣速度的情況下，質(zhì)子的質(zhì)量大，其波長(zhǎng)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(jì) 11．【答案】3.97×10－10 m 射線 12．【答案】波動(dòng)說(shuō) 光電效應(yīng) 13．【答案】2.26 8.9×105 【解析】，． 三、解答題 14．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】． ． 而紫光的波長(zhǎng)在3.8×10－7～4.6×10－7 m的范圍，比電子、子彈的波長(zhǎng)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(dòng)性． 15．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】由題意得，又因?yàn)?，則pH=pe，又，則，所以 ． 16．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】（1）逸出功 ． （2）光電子最大初動(dòng)能 ． Ek=eUc，Uc=Ek／e=0.62V． 17．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】（1），電子的動(dòng)量 ． （2）電子在電場(chǎng)中加速，有 ， ． 18．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】（1），，代入數(shù)據(jù)得：v=1.0×108 m／s． （2）因?yàn)?，，所以? （3）個(gè)=6.25×l 016個(gè)．