學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性概率波不確定性關(guān)系課后鞏固訓(xùn)練新人教版選修

PAGE17.4-17.5概率波不確定性關(guān)系[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]1．實(shí)驗(yàn)表明電子也有波粒二象性，通常電子的粒子性比光強(qiáng)，故電子的波長(zhǎng)比光的波長(zhǎng)更短，電子和光相比，我們()A．更容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象B．不容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象C．不容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，但容易觀察到干涉現(xiàn)象D．更容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，但不容易觀察到干涉現(xiàn)象答案B解析波動(dòng)性越強(qiáng)越容易觀察到明顯的衍射和干涉，電子的波長(zhǎng)比光的波長(zhǎng)更短，則不容易觀察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象，故B項(xiàng)正確。2．有關(guān)光的本性，下列說(shuō)法中正確的是()A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì)立的B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動(dòng)性，又有粒子性，無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性答案D解析光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，并不是矛盾和對(duì)立的，故A錯(cuò)誤；光是概率波，不同于機(jī)械波；光的粒子性也不同于質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，大量的光子波動(dòng)性比較明顯，個(gè)別光子粒子性比較明顯，故C錯(cuò)誤；由于光具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光的波動(dòng)性與粒子性是光子本身的一種屬性，故無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為，故光具有波粒二象性，故D正確。3．下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)，正確的解釋是()A．光波是一種物質(zhì)波B．X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C．電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動(dòng)性答案C解析光波是一種電磁波，故A錯(cuò)誤；衍射現(xiàn)象是一切波的性質(zhì)特性，X射線是原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而發(fā)出一種電磁波，不是物質(zhì)波，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電子是實(shí)物粒子，衍射是波特有的，所以電子束的衍射圖樣證實(shí)了德布羅意物質(zhì)波的假設(shè)是正確的，故C選項(xiàng)正確；宏觀物體由于動(dòng)量很大，德布羅意波波長(zhǎng)太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍然具有波動(dòng)性，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。4．如圖所示，弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成亮暗相間的條紋，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)不能證明()A．光具有波動(dòng)性B．從鋅板上逸出帶正電的粒子C．光能發(fā)生衍射D．光具有波粒二象性答案B解析在鋅板形成明暗相間的條紋，證明光發(fā)生了衍射，也說(shuō)明了光具有波動(dòng)性，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔有張角，證明了光電效應(yīng)的發(fā)生，說(shuō)明了光粒子性的一面，因此，證明了光具有波粒二象性。5．(多選)有關(guān)經(jīng)典物理學(xué)中的粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．有一定的大小，但沒(méi)有一定的質(zhì)量B．有一定的質(zhì)量，但沒(méi)有一定的大小C．既有一定的大小，又有一定的質(zhì)量D．有的粒子還有一定量的電荷答案CD解析根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于粒子的理論定義得C、D正確。6．(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．微觀粒子不能用“軌道”觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)B．微觀粒子能用“軌道”觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)C．微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)準(zhǔn)確確定D．微觀粒子的位置和動(dòng)量能同時(shí)準(zhǔn)確確定答案AC解析由不確定性關(guān)系知，微觀粒子的動(dòng)量和位置不能同時(shí)準(zhǔn)確確定，這也就決定了不能用“軌道”的觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)(軌道上運(yùn)動(dòng)的粒子在某時(shí)刻具有確定的位置和動(dòng)量)，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤。7．(多選)下列各種波是概率波的是()A．聲波 B．無(wú)線電波C．光波 D．物質(zhì)波答案BCD解析聲波是機(jī)械波，A錯(cuò)誤。無(wú)線電波、光波是電磁波，電磁波和物質(zhì)波均為概率波，故B、C、D正確。[題組通關(guān)練]8．(1)(多選)光通過(guò)單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系的觀點(diǎn)加以解釋，下列敘述正確的是()A．單縫寬，光沿直線傳播，是因?yàn)閱慰p越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越大的緣故B．單縫寬，光沿直線傳播，是因?yàn)閱慰p越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越小的緣故C．單縫窄，中央亮紋寬，是因?yàn)閱慰p越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越小的緣故D．單縫窄，中央亮紋寬，是因?yàn)閱慰p越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越大的緣故(2)一電子具有200m/s的速率，動(dòng)量的不確定范圍是0.01%，我們確定該電子位置時(shí)，有多大的不確定范圍？(電子質(zhì)量為9.1×10－31kg，普朗克常量為6.63×10－34J·s)答案(1)BD(2)2.90×10－3m解析(1)由粒子位置不確定量Δx與粒子動(dòng)量不確定量Δp的不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知，單縫越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越小，所以光沿直線傳播，B正確；單縫越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越大，所以中央亮紋越寬，D正確。(2)由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)知，電子位置的不確定范圍Δx≥eq\f(h,4πΔp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×9.1×10－31×200×0.01%)m≈2.90×10－3m。9．(1)關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是()A．電子如果表現(xiàn)粒子性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律B．電子如果表現(xiàn)粒子性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)一定遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，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)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律(2)20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G·泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個(gè)裝置如圖所示。小燈泡發(fā)出的光通過(guò)熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋，泰勒對(duì)這張照片的平均黑度進(jìn)行了測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10－13J。①假定起作用的光波波長(zhǎng)約為500nm，計(jì)算從一個(gè)光子到來(lái)和下一個(gè)光子到來(lái)所相隔的平均時(shí)間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；②如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)為1.2m，根據(jù)①的計(jì)算結(jié)果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？答案(1)C(2)①8.0×10－7s2.4×102m②見解析解析(1)電子表現(xiàn)出粒子性，可以近似用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，A、B錯(cuò)誤；電子表現(xiàn)出波動(dòng)性，無(wú)法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，可確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且概率遵循波動(dòng)規(guī)律，C正確，D錯(cuò)誤。(2)①對(duì)于λ＝500nm的光子能量為ε＝hν＝h·eq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J≈4×10－19J。因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1.25×106。如果光子是依次到達(dá)底片的，則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是Δt＝eq\f(1s,n)＝eq\f(1s,1.25×106)＝8.0×10－7s。兩相鄰光子間平均距離為s＝cΔt＝3.0×108×8.0×10－7m＝2.4×102m。②由①的計(jì)算結(jié)果可知，兩