人教版高中物理選修3-5同步練習：17.3粒子的波動性

1、課時 3 粒子的波動性對應學生用書 P29一、選擇題1.關于光的本性，下列說法中正確的是（）A. 關于光的本性，牛頓提出微粒說，惠更斯提出波動說，愛因斯坦提出光子說，都說明了光的本性B. 光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波 ，也可以看成 微觀概念上的粒子C. 光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性D. 光的波粒二象性將牛頓的波動說和惠更斯的粒子說真正有機地統(tǒng)一起來答案 C解析 光具有波粒二象性，這是現(xiàn)代物理學關于光的本性的認識， 光的波粒二象性不同于牛頓提出的微粒說和惠更斯的波動說， 是愛因斯坦的光子說和麥克 斯韋的電磁說的統(tǒng)一。光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具

2、有波動性，光電效應說明光 具有粒子性，故 A、B、D 錯誤，C 正確。2.（多選）下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1MHz 的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知（）質(zhì)量/kg速度/(m sj波長/m彈子球2.OX1O_21.0X10-23.3X10_30電子9.1X10_31a5.0X101.5X10_10無線電波(1 MHz)3.0X10823.0X102A.要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B.無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性C. 電子照射到金屬晶體（晶格大小數(shù)量級為 1010m）上能觀察到它的波動性D. 只有可見光才有波動性答案 ABC解析 由于彈子球的德布羅意波波長極

3、短， 故很難觀察其波動性，而無線電 波的波長為 3.0X102m,所以通常表現(xiàn)出波動性，很容易發(fā)生衍射，而金屬晶體 的晶格線度大約是 10-10m 數(shù)量級，所以波長為 1.5X10-10m 的電子可以觀察到 明顯的衍射現(xiàn)象。故 A、B、C 正確，D 錯誤。3.X 射線是一種高頻電磁波，若 X 射線在真空中的波長為 人以 h 表示普 朗克常量，c 表示真空中的光速，以 E 和 p 分別表示 X 射線每個光子的能量和動 量，則（）h 入h 入h 入A.E= ，P=0B . E= ，P= C2hchchC.E=二，p=0D.E=二，p=）答案 D解析 根據(jù) E= hv,入=p，c=入,v可得 X 射

4、線每個光子的能量為 E=hC，每 個光子的動量為 p=鼻故選 D。4.（多選）關于物質(zhì)波，下列認識中正確的是（）A.任何運動的物體（質(zhì)點）都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波B.X 射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設是正確的C. 電子的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設是正確的D. 宏觀物體的運動盡管可以看做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象答案 AC解析 據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個運動的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之相對應，這種波就叫物質(zhì)波，可見，A 是正確的；由于 X 射線本身是一種電磁波，而不是實物粒子，故 X 射線的衍射現(xiàn)象, 并不能證實物質(zhì)波理論的正確性，即 B 錯誤；電

5、子是一種實物粒子，由電子穿過鋁箔的衍射實驗知，少量電子穿過鋁箔后所落位置是散亂的， 無規(guī)律的，但大 量電子穿過鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣， 即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的 波動性，即電子的衍射現(xiàn)象表明運動著的實物粒子具有波動性，故C 是正確的；干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故D 錯誤。5.侈選）為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：用分辨率比光 學顯微鏡更高的電子顯微鏡（由于電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射 現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高）;（2）利用 X 射線或中子束得到晶體的衍射圖 樣，進而分析出晶體的原子排列，則下列分析中正確的是（）A.電子顯

6、微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多B.電子顯微鏡中電子束運動的速度應很小C. 要獲得晶體的 X 射線衍射圖樣，X 射線波長要遠小于原子的尺寸D. 中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當答案 AD解析能觀察到明顯衍射現(xiàn)象的條件是縫、孔或障礙物的尺寸與波長相差不 多或比波長更小，由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍 射現(xiàn)象”及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長比原子的尺寸小 得多，A 正確；由k=；知，電子的速度越大，動量也就越大，其物質(zhì)波波長也P就越短，電子顯微鏡的分辨率也就越高，故電子顯微鏡中電子束運動的速度不應 很小，B 錯誤；由信息“利用 X 射線

7、或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生明 顯衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或 X 射線的波長與原子尺寸相當，D 正 確，C 錯誤。6.侈選）利用金屬晶格（大小約 10_10m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍 射圖樣。已知電子質(zhì)量為 m，電荷量為 e，初速度為 0，加速電壓為 U，普朗克常量為 h,則下列說法中正確的是（）A 該實驗說明了電子具有波動性B.實驗中電子束的德布羅意波波長為x=2meuC. 加速電壓 U 越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D. 若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯答案 AB解析 得到電子的衍射圖樣，

8、說明電子具有波動性，A 正確；由德布羅意波hh波長公式k=p，而動量 p=*/2mEk= 2meU，B 正確；從公式 社寸 2meU 可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯， C錯誤；用相同動能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯， D 錯誤。7.（多選）現(xiàn)代物理學認為，光和實物粒子都具有波粒二象性。下列事實中 突出體現(xiàn)波動性的是（）A. 一定頻率的光照射到鋅板上，光的強度越大，單位時間內(nèi)鋅板上發(fā)射的 光電子就越多B. 肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C. 質(zhì)量為 103kg、速度為 102m/s 的小球，其德布羅意波波長約為 1028m，不過我們能清晰地

9、觀測到小球運動的軌跡D. 人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波波長與晶 體中原子間距大致相同答案 BD解析 說明光和粒子具有波動性的是干涉和衍射，故選B、D。而光電效應說明光具有粒子性，宏觀物體的波動性極不明顯，故A、C 錯誤。8. 質(zhì)量為 m 的粒子原來的速度為 v,現(xiàn)將粒子的速度增大到 2v， 則描述該 粒子的物質(zhì)波的波長將（粒子的質(zhì)量保持不變）（）A .保持不變B.變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍C. 變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半D.變?yōu)樵瓉聿ㄩL的.2 倍答案 C解析由公式入=h=mv 可以判斷C正確。二、非選擇題9.科學研究表明：能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律。從科學實踐的角度來看，迄

10、今為止，人們還沒有發(fā)現(xiàn)這些守恒定律有任何例外。相反，每當 在實驗中觀察到似乎是違反守恒定律的現(xiàn)象時，物理學家們就會提出新的假設來 補救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。如人們發(fā)現(xiàn)，兩個運動著的微觀粒子 在電磁場的相互作用下，兩個粒子的動量的矢量和似乎是不守恒的。這時物理學 家又把動量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動量也考慮進去，總動量就又守 恒了。一個沿一定方向運動的光子與一個原來靜止的自由電子發(fā)生碰撞后自由電 子向某一方向運動，而光子沿另一方向散射出去。這個散射出去的光子與入射前 相比較，其波長_ 填“增大” “減小”或“不變”)。答案增大解析 康普頓效應表明光子不僅具有能量， 而且具有動

11、量，當光子與靜止的h電子發(fā)生碰撞時，由動量守恒知光子的動量減小，由Ap 知，光子的波長增大10. 任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子、大到行星、太陽，都有一種 波與之對應，波長是Ah，式中 p 是運動物體的動量，h 是普朗克常量，人們把 這種波叫做德布羅意波?，F(xiàn)有一個德布羅意波波長為 入的物體 1 和一個德布羅 意波波長為X的物體 2,二者相向正碰后粘在一起。已知 pl|p2|，則粘在一起的物體的德布羅意波波長為_ 。答案入一X解析由動量守恒定律有 p2 pi= (mi+ m2)v，由 p=得，X，所以、 入乃k?211.如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置， 從 F 上出來的熱電子可認為初速

12、 度為零，所加的加速電壓 U = 104V ,電子質(zhì)量為 m= 0.91X1030kg,普朗克常 量 h = 6.63X1034J 電子被加速后通過小孔 K1和 K2后入射到薄的金膜上，發(fā) 生衍射作用，結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。試計算電子的德布羅意波 波長。答案 1.23X1011m解析 電子被加速時 eU = Ek， p= , 2mEk，p入數(shù)據(jù)可得心1.23X1011m。12. 光子的動量 p 與能量&的關系為 p=；，靜止的原子核放出一個波長為 入W的光子，已知普朗克常量為 h，光在真空中傳播的速度為 c，求：(1) 質(zhì)量為 M 的反沖核的速度為多少？(2) 反沖核運動時物質(zhì)波

13、的波長是多少？答案%(2)k解析(1)由k=p 得，P=k由光子與原子核組成的系統(tǒng)動量守恒得，0= p,_phMv 故 v=M=kM。(2)由德布羅意波波長公式k=知，反沖核運動時物質(zhì)波波長k= /p ph=kp13.光具有波粒二象性，光子的能量 =hv其中頻率v表示波的特征，在 愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學家德布羅意提出了光子動量 p 與光波波長 入的關系 p=天 若某激光管以 P= 60 W 的功率發(fā)射波長&663 nm 的光束，試 根據(jù)上述理論計算：(1) 該激光管在 1 s 內(nèi)發(fā)射出多少個光子？(2) 若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到光束對它的作用 力 F為多大？答案(1)2.0X1020個 (2)2.0X10_7N解析(1)設在 1 s 時間內(nèi)發(fā)射出的光子數(shù)為 n,光子頻率為v每個光子的能量尸 hv所以 P= nhvcP 入而尸1，解得 n=hC960X663X10=34