2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性45概率波不確定性關(guān)系課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5概率波不確定性關(guān)系時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7題為單選，8～10題為多選)1．關(guān)于電子云，下列說(shuō)法正確的是(C)A．電子云是真實(shí)存在的實(shí)體B．電子云四周的小黑點(diǎn)就是電子的真實(shí)位置C．電子云上的小黑點(diǎn)表示的是電子的概率分布D．電子云說(shuō)明電子在繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)有固定軌道解析：由電子云的定義我們知道，電子云是一種穩(wěn)定的概率分布，人們常用小黑點(diǎn)表示這種概率，小黑點(diǎn)的密疏代表電子在這一位置出現(xiàn)的概率大小，故只有C正確．2．在做雙縫干涉試驗(yàn)時(shí)，發(fā)覺100個(gè)光子中有96個(gè)通過(guò)雙縫后打到了視察屏上的b處，則b處是(A)A．亮紋B．暗紋C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋D．不能推斷解析：由光子按波的概率分布的特點(diǎn)去推斷，由于大部分光子都落在b處，故b處肯定是亮紋，選項(xiàng)A正確．3．關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是(C)A．電子假如不表現(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)律遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律B．電子假如不表現(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．電子假如表現(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．電子假如表現(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)律遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律解析：電子假如不表現(xiàn)為波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；假如表現(xiàn)為波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其空間分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律．4．在雙縫干涉試驗(yàn)中若采納的光源特別弱，感光膠片曝光后的狀況是(B)A．若曝光時(shí)間極短，圖像顯示出光的波動(dòng)性B．若曝光時(shí)間極短，圖像顯示出光的粒子性C．無(wú)論曝光時(shí)間長(zhǎng)短，都可以在感光膠片上得到明顯的干涉條紋D．無(wú)論曝光時(shí)間長(zhǎng)短，圖像都呈現(xiàn)不規(guī)則分布解析：依據(jù)光的波粒二象性知，單個(gè)光子表現(xiàn)出粒子性，而大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，故曝光時(shí)間極短時(shí)，底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點(diǎn)，說(shuō)明白單個(gè)光子表現(xiàn)出粒子性；光子的粒子性并非宏觀實(shí)物粒子的粒子性，故單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)料；到達(dá)光子多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而到達(dá)光子少的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋，假如曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，說(shuō)明白大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤．5．關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)有以下幾種理解，其中正確的是(C)A．微觀粒子的動(dòng)量不行能確定B．微觀粒子的坐標(biāo)不行能確定C．微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不行能同時(shí)確定D．不確定性關(guān)系僅適用于電子和光子等微觀粒子解析：不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)表示確定位置、動(dòng)量的精度相互制約，此長(zhǎng)彼消，當(dāng)粒子位置不確定性變小時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變大；當(dāng)粒子位置不確定性變大時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變?。什荒芡瑫r(shí)精確確定粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)，不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過(guò)這些不確定量的影響微乎其微．6．1927年戴維孫和革末完成了電子衍射試驗(yàn)，該試驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理試驗(yàn)之一．如圖所示的是該試驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖，下列說(shuō)法不正確的是(C)A．亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方B．該試驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的C．該試驗(yàn)再次說(shuō)明光子具有波動(dòng)性D．該試驗(yàn)說(shuō)明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性解析：亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方，該試驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的及實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，該試驗(yàn)不能說(shuō)明光子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)C說(shuō)法不正確．7．顯微鏡觀看微小結(jié)構(gòu)時(shí)，由于受到衍射現(xiàn)象的影響而視察不清，因此視察越細(xì)小的結(jié)構(gòu)，就要求波長(zhǎng)越短，波動(dòng)性越弱．在加速電壓值相同的狀況下，電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的辨別本事，下列判定正確的是(B)A．電子顯微鏡辨別本事較強(qiáng)B．質(zhì)子顯微鏡辨別本事較強(qiáng)C．兩種顯微鏡辨別本事相同D．兩種顯微鏡辨別本事無(wú)法比較解析：在電場(chǎng)中加速eU＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，又由物質(zhì)波公式λ＝eq\f(h,p)得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，所以經(jīng)相同電壓加速后的質(zhì)子與電子相比，質(zhì)子的物質(zhì)波波長(zhǎng)短，波動(dòng)性弱，從而質(zhì)子顯微鏡辨別本事較強(qiáng)，即B選項(xiàng)正確．8．關(guān)于經(jīng)典波的特征，下列說(shuō)法正確的是(CD)A．具有肯定的頻率，但沒(méi)有固定的波長(zhǎng)B．具有肯定的波長(zhǎng)，但沒(méi)有固定的頻率C．既具有肯定的頻率，也具有固定的波長(zhǎng)D．具有周期性解析：依據(jù)經(jīng)典波的定義和特點(diǎn)進(jìn)行分析可以得到C、D項(xiàng)正確．9．關(guān)于光的性質(zhì)，下列敘述中正確的是(BC)A．在其他同等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越簡(jiǎn)單看到B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性就越顯著；光的波長(zhǎng)越短，粒子性就越顯著D．假如讓光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，它們將嚴(yán)格依據(jù)相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運(yùn)動(dòng)解析：光的頻率越高，波長(zhǎng)越短，光的粒子性越顯著，衍射現(xiàn)象越不明顯；光的頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越顯著，A錯(cuò)誤，B、C正確．光是一種概率波，光子在空間出現(xiàn)的概率由波動(dòng)規(guī)律確定，每個(gè)光子通過(guò)狹縫后到達(dá)哪個(gè)位置是不確定的，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．10．如圖所示，燈絲F放射的電子束經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后從陽(yáng)極上的狹縫S穿出，通過(guò)兩條平行狹縫S1、S2后，在熒光屏上形成明顯的雙縫干涉圖樣．已知一個(gè)電子從狹縫S穿出時(shí)動(dòng)量為p，普朗克常量為h，則(BD)A．經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，電子的德布羅意波長(zhǎng)為λ＝eq\f(p,h)B．經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速后，電子的德布羅意波長(zhǎng)為λ＝eq\f(h,p)C．熒光屏上暗條紋的位置是電子不能到達(dá)的位置D．熒光屏上亮條紋的位置是電子到達(dá)概率大的位置解析：電子的動(dòng)量為p，則電子德布羅意波長(zhǎng)為λ＝eq\f(h,p)，故A錯(cuò)誤，B正確；對(duì)物質(zhì)波來(lái)說(shuō)，亮條紋的位置是電子到達(dá)概率大的位置，暗條紋的位置是電子到達(dá)概率小的位置，故C錯(cuò)誤，D正確．二、非選擇題11．質(zhì)量為10g的子彈與電子的速率相同，均為500m/s，測(cè)量精確度為0.01%，若位置和速率在同一試驗(yàn)中同時(shí)測(cè)量，試問(wèn)它們位置的最小不確定量各為多少？電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg.答案：1.06×10－31m1.15×10－3m解析：測(cè)量精確度即為速度的不確定性，依據(jù)質(zhì)量和速度不確定量分別求出子彈和電子的動(dòng)量不確定量，再依據(jù)公式Δx·Δp≥eq\f(h,4π)即可分別求出子彈和電子位置的不確定量．子彈和電子的速度不確定量為Δv＝0.05m/s子彈動(dòng)量的不確定量Δp1＝5×10－4kg·m/s電子動(dòng)量的不確定量Δp2≈4.6×10－32kg·m/s由Δx≥eq\f(h,4πΔp)，得子彈位置的最小不確定量Δx1＝eq\f(h,4πΔp1)＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×5×10－4)m≈1.06×10－31m電子位置的最小不確定量Δx2＝eq\f(h,4πΔp2)＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×4.6×10－32)m≈1.15×10－3m.12．20世紀(jì)20年頭，劍橋高校學(xué)生G.泰勒做了一個(gè)試驗(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)熏黑的玻璃后變得特別微弱，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子四周才出現(xiàn)特別清楚的衍射條紋．泰勒對(duì)這照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10－13J.(1)假如起作用的光波波長(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)假如當(dāng)時(shí)試驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)1.2m，依據(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)8.0×10－7s240m(2)能解析：(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≈4.0×10－19J.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個(gè)．假如光子是依次到達(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－