新教材同步輔導2023年高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.5粒子的波動性和量子力學的建立同步練習新人教版選擇性必修第三冊

5粒子的波動性和量子力學的建立【基礎鞏固】1.下列關(guān)于物質(zhì)波的說法正確的是 ()A.實物粒子與光子都具有波粒二象性,故實物粒子與光子的本質(zhì)是相同的B.一切運動著的物體都與一個對應的波相聯(lián)系C.機械波、物質(zhì)波都不是概率波D.實物粒子的動量越大,其波動性越明顯,越容易觀察解析:實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性,但實物粒子與光子的本質(zhì)不相同,故選項A錯誤.任何一個運動的物體,大到太陽、地球,小到電子、質(zhì)子,都與一種波相對應,這就是物質(zhì)波,故選項B正確.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,物質(zhì)波和光波一樣都是概率波,故選項C錯誤.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波公式可知粒子的動量越小,波長越長,其波動性越明顯,越容易觀察,選項D錯誤.答案:B2.(多選)關(guān)于實物粒子的波粒二象性,下列說法正確的是 ()A.不僅光子具有波粒二象性,一切運動的微觀粒子都具有波粒二象性B.運動的微觀粒子與光子一樣,當它們通過一個小孔時,沒有特定的運動軌道C.波動性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實物粒子的運動有特定的軌道,所以實物粒子不具有波動性解析:德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎上提出物質(zhì)波的概念,認為一切運動的物體都具有波粒二象性,選項A正確,選項D錯誤.運動的微觀粒子與光子一樣,當它們通過一個小孔時,都沒有特定的運動軌道,選項B正確.波動性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的,選項C正確.答案:ABC3.(2023·廣東深圳)下列關(guān)于波粒二象性、物質(zhì)波的說法中,正確的是()A.康普頓效應,散射光中出現(xiàn)了大于X射線波長的成分,揭示了光具有波動性B.不確定性關(guān)系指出,微觀粒子的動量以及坐標都無法確定C.動能相等的電子和質(zhì)子,電子的物質(zhì)波波長更大D.光的干涉現(xiàn)象說明光是概率波,而德布羅意波不是概率波解析:康普頓效應揭示了光具有粒子性,證明光子既具有能量,又具有動量,A錯誤;不確定性關(guān)系ΔxΔp≥h4π表明微觀粒子的動量與位置坐標不可能同時確定,并不是粒子的動量不能確定,也不是粒子的坐標不能確定,B錯誤;根據(jù)動量大小和動能的關(guān)系式p2=2mEk,可知動能相等的電子和質(zhì)子,電子的動量小,根據(jù)德布羅意波λ=hp,可知電子的物質(zhì)波波長長,C正確;光的干涉現(xiàn)象表明光具有波粒二象性,少量粒子體現(xiàn)粒子性,大量粒子體現(xiàn)波動性,因此光是概率波,德布羅意波也是概率波答案:C4.下列關(guān)于量子力學的應用,錯誤的是 ()A.人們了解了固體中電子運行的規(guī)律,并弄清了為什么固體有導體、絕緣體和半導體之分B.科學家們利用半導體的獨特性質(zhì)發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件,并結(jié)合激光光刻技術(shù)制造了大規(guī)模集成電路,俗稱“芯片”C.原子鐘利用原子為電磁波校準頻率,從而實現(xiàn)了對時間的高精度測量D.量子力學可以解釋一切實驗現(xiàn)象解析:量子力學是描述微觀世界的理論,不適用于宏觀世界,選項D錯誤.答案:D5.下列說法正確的是 ()A.電子的衍射圖樣表明電子具有粒子性B.粒子的運動速率增大,其德布羅意波的波長也增大C.為了解釋黑體輻射規(guī)律,愛因斯坦提出了能量量子化的觀點D.黑體輻射中,隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動解析:衍射是波動性的特征,電子的衍射圖樣表明電子具有波動性,選項A錯誤.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,物質(zhì)波的波長為λ=hp,知同一粒子的速率越大,動量p就越大,物質(zhì)波波長越短,選項B錯誤.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象,第一次提出了能量量子化理論,選項C錯誤.黑體輻射的強度與溫度有關(guān),溫度越高,黑體輻射的強度越大,隨著溫度的升高,黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,選項D正確答案:D6.X射線是一種高頻電磁波,若X射線在真空中的波長為λ,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 ()A.E=hλc,p=0B.E=hλcC.E=hcλ,p=0 D.E=hcλ解析:根據(jù)E=hν,λ=hp,c=λν,可得X射線每個光子的能量為E=hcλ,每個光子的動量為p=hλ答案:D7.(多選)下列說法正確的是 ()A.光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性,光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性,所以我們可以說光具有波粒二象性B.一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時,因為電子的質(zhì)量比質(zhì)子的小,所以電子的動量就小C.一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時,電子的德布羅意波長比質(zhì)子的小D.一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時,電子的德布羅意波長比質(zhì)子的大解析:光既具有波動性,又具有粒子性,說明了光具有波粒二象性,選項A正確.動量和動能的關(guān)系式為p=2mEk,一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時,由電子的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量小,可知電子的動量小,選項B正確.又由λ=hp知電子的動量小,其德布羅意波長應比質(zhì)子的德布羅意波長大,選項C錯誤,答案:ABD8.(2022·廣東東莞)(多選)1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別完成了電子束衍射的實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一.該實驗的裝置簡化圖如圖所示,下列說法正確的是()A.亮條紋說明電子不是沿直線運動的B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實驗再次說明光子具有波動性D.該實驗說明實物粒子具有波動性解析:亮條紋處是電子能到達的地方,故A正確;電子是實物粒子,能發(fā)生衍射現(xiàn)象,說明實物粒子具有波動性,物質(zhì)波理論是正確的,不能說明光子的波動性,故B、D正確,C錯誤.答案:ABD9.已知銫的逸出功為W0=1.9eV,現(xiàn)用波長為4.3×10-7m的入射光照射金屬銫.已知真空中的光速c=3.0×108m/s,電子的質(zhì)量為m=0.91×10-30kg,電子電荷量為1.6×10-19C,普朗克常量h=6.626×10-34J·s.(1)能否發(fā)生光電效應?(2)若能發(fā)生光電效應,求光電子的德布羅意波長的最小值.解析:(1)入射光子的能量E=hν=hcλ=6.626×10-34×3.0由于E=2.9eV>W0,所以能發(fā)生光電效應.(2)根據(jù)光電效應方程可得光電子的最大初動能Ek=hν-W0=1eV=1.6×10-19J,而光電子的最大動量p=2m則光電子的德布羅意波長的最小值λmin=hp=6.626×10答案:(1)能(2)1.2×10-9m【拓展提高】10.(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10-3kg、速度為10-2m/s的小球,其德布羅意波長約為10-28m,不過我們能清晰地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長與晶體中原子間距大致相同解析:說明光和粒子具有波動性的是干涉和衍射,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,選項A、C錯誤.答案:BD11.(多選)為了觀察晶體的原子排列,可以采用下列方法:(1)用分辨率比光學顯微鏡更高的電子顯微鏡(電子的物質(zhì)波波長很短,能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,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.下列分析正確的是 ()A.電子顯微鏡所利用的電子的物質(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解析: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,選項A正確.由λ=hp知,電子的速度越大,動量也就越大,其物質(zhì)波波長也就越短,電子顯微鏡的分辨率也就越高,電子顯微鏡中電子束運動的速度不應很小,選項B錯誤.由信息“利用X射線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,選項D正確,選項C錯誤答案:AD12.現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu),為滿足測量要求,將電子顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為dn,其中n>1,已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e,電子的初速度不計,則電子顯微鏡工作時電子的加速電壓應為(A.n2h2med2解析:德布羅意波長λ=hp,p是電子的動量,則p=mv=2meU,而λ=dn,代入得U=n2h答案:D13.(2021·浙江卷)已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,電子的質(zhì)量為9.11×10-31kg.一個電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同的動能,則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為 ()A.10-8 B.106C.108 D.1016解析:動能Ek=p22m,德布羅意波長λ=hp,由以上兩式解得λ=h2mρ·43πD23m電=0.8×103kg/答案:C14.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λ=hp,式中p是運動物體的動量,h是普朗克常量,人們把這種波叫德布羅意波.現(xiàn)有一個德布羅意波長為λ1的物體1和一個德布羅意波長為λ2的物體2相向正碰后粘在一起,已知|p1|<|p2|,則粘在一起的物體的德布羅意波長為 (A.λ1+λ22 B.λ1解析:由動量守恒p2-p1=p知,hλ2-hλ1=hλ,所以λ=λ答案:D【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】15.科學家設想在未來的航天事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船,飛船總質(zhì)量為m,設該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n,光子平均波長為λ,太陽帆面積為S,反射率100%,太陽光垂直射到太陽帆上.(1)求飛船加速度a的表達式.(2)若太陽帆是黑色的,飛船的加速度又為多少?解析: