2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波動(dòng)性課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5粒子的波動(dòng)性時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～5為題單選，6～8為題多選)1．關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說(shuō)法不正確的是(D)A．不僅光子具有波粒二象性，一切物體的微粒都具有波粒二象性B．運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí)，都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌跡C．波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是沖突的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性解析：光具有波粒二象性是微觀世界具有的特別規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出的光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯．光的頻率越高，粒子性越明顯．而宏觀物體的德布羅意波長(zhǎng)太小，實(shí)際很難視察到波動(dòng)性，并不是不具有波粒二象性，故A、B、C正確，D錯(cuò)誤，故選D.2．關(guān)于光的波動(dòng)性與粒子性，以下說(shuō)法正確的是(B)A．愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)否定了光的電磁說(shuō)B．光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明白光的粒子性C．光的波動(dòng)性和粒子性是相互沖突的，無(wú)法統(tǒng)一D．以上說(shuō)法均錯(cuò)誤解析：愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō)，只是在肯定條件下光是體現(xiàn)粒子性的，A錯(cuò)；光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，說(shuō)明光的能量是一份一份的，B對(duì)；光的波動(dòng)性和粒子性不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，C錯(cuò)．3．我們能夠感知光現(xiàn)象，是因?yàn)槲覀兘邮盏搅丝隙芰康墓?，則下列說(shuō)法正確的是(B)A．一個(gè)頻率是106Hz的光子能量比一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子的能量大B．低頻電磁波的波動(dòng)性顯著，而高頻電磁波的粒子性顯著C．一個(gè)頻率為1018Hz的光子能量是一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子能量的104倍D．一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子能量是一個(gè)頻率為1018Hz的光子能量的104倍解析：依據(jù)光子能量公式ε＝hν知，一個(gè)頻率是106Hz的光子能量比一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子的能量小，故A錯(cuò)誤；頻率越低的電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性顯著，而高頻電磁波的粒子性顯著，故B正確；依據(jù)光子能量公式ε＝hν知，光子的能量與其頻率成正比，則一個(gè)頻率為1018Hz的光子能量是一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子能量的eq\f(1018,6×1014)＝eq\f(1,6)×104倍，故C錯(cuò)誤；一個(gè)頻率為6×1014Hz的光子能量是一個(gè)頻率為1018Hz的光子能量的eq\f(6×1014,1018)＝6×10－4倍，故D錯(cuò)誤．4．現(xiàn)用電子顯微鏡觀測(cè)線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)，為滿意測(cè)量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長(zhǎng)設(shè)定為eq\f(d,n)，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(jì)，則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為(D)A.eq\f(n2h2,med2) B.eq\f(1,3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nd2h2,n2e3)))C.eq\f(d2h2,2men2) D.eq\f(n2h2,2med2)解析：由德布羅意波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)知，p是電子的動(dòng)量，則p＝mv＝eq\r(2meU)，而λ＝eq\f(d,n)，代入得U＝eq\f(n2h2,2med2).故選項(xiàng)D正確．5．對(duì)光的相識(shí)，以下說(shuō)法正確的是(D)A．光波和聲波的本質(zhì)相同，都具有波粒二象性B．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的C．光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：光波是電磁波，具有波粒二象性，聲波是機(jī)械波，是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，二者本質(zhì)不同，故A錯(cuò)誤．光既有波動(dòng)性，也具有粒子性，而且光的波動(dòng)性和粒子性并不沖突，故B錯(cuò)誤．光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是表現(xiàn)明顯與否，不簡(jiǎn)單視察并不說(shuō)明不具有，故C錯(cuò)誤．波動(dòng)性和粒子性是光在不同狀況下的不同表現(xiàn)，是同一物質(zhì)的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性，我們無(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，故D正確．6．關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法正確的是(AB)A．光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō)B．光電效應(yīng)現(xiàn)象反映了光的粒子性C．光的波粒二象性是綜合了牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)得出來(lái)的D．大量光子產(chǎn)生的效果體現(xiàn)為粒子性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果體現(xiàn)為波動(dòng)性解析：光既有粒子性，又有波動(dòng)性，但這兩種特性與牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)不同，體現(xiàn)出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機(jī)械波所表現(xiàn)出的規(guī)律，而是一種微觀世界特有的規(guī)律．光子說(shuō)和電磁說(shuō)各自能說(shuō)明光特有的現(xiàn)象，兩者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，而微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是相互對(duì)立的．7．下列說(shuō)法中正確的是(CD)A．光的波粒二象性學(xué)說(shuō)就是牛頓的微粒說(shuō)加上惠更斯的波動(dòng)說(shuō)B．光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁理論C．光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō)，光子的能量ε＝hν，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性D．個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性解析：愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)與惠更斯的波動(dòng)說(shuō)揭示了光具有波粒二象性，故A錯(cuò)誤；麥克斯韋依據(jù)電磁理論，認(rèn)為光是一種電磁波，光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō)，在光子能量公式ε＝hν中，頻率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征，故B錯(cuò)誤，C正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，故D正確．8．關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是(AD)A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B．光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C．高頻光是粒子，低頻光是波D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著解析：光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，A正確；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，B錯(cuò)誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著，C錯(cuò)誤．二、非選擇題9．金屬晶體中晶格大小的數(shù)量級(jí)是10－10m．電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速，形成電子束，電子束照耀該金屬晶體時(shí)，獲得明顯的衍射圖樣．問(wèn)這個(gè)加速電場(chǎng)的電壓約為多少？(已知電子的電荷量為e＝1.6×10－19C，質(zhì)量為m＝0.91×10－30kg)答案：151V解析：據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件可知，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電子的德布羅意波長(zhǎng)與晶格大小差不多時(shí)，可以得到明顯的衍射現(xiàn)象．設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U，電子經(jīng)電場(chǎng)加速后獲得的速度為v，對(duì)加速過(guò)程由動(dòng)能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2，據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，電子的德布羅意波長(zhǎng)為λ＝eq\f(h,p)，其中p＝mv，聯(lián)立可得U＝eq\f(h2,2emλ2)≈151V.10．已知銫的逸出功為1.9eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.3×10－7m的入射光照耀金屬銫．(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？(2)若能發(fā)生光電效應(yīng)，求光電子的德布羅意波長(zhǎng)最短為多少？(電子的質(zhì)量為m＝0.91×10－30kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C)答案：(1)能(2)1.2×10－9m解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.626×10－34×eq\f(3.0×108,4.3×10－7)×eq\f(1,1.6×10－19)eV≈2.9eV由于E＝2.9eV>W0，所以能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)依據(jù)光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能Ek＝hν－W0＝1.6×10－19J而光電子的最大動(dòng)量p＝eq\r(2mEk)則光電子的德布羅意波長(zhǎng)的最小值λmin＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.626×10－34,\r(2×0.91×10－30×1.6×10－19))m≈1.2×10－9m.11．科學(xué)家設(shè)想將來(lái)的宇航事業(yè)中利用太陽(yáng)帆來(lái)加速星際飛船，設(shè)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(zhǎng)為λ，太陽(yáng)帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽(yáng)光垂直射到太陽(yáng)帆上，飛船總質(zhì)量為m.(1)求飛船加速度的表達(dá)式；(光子動(dòng)量p＝eq\f(h,λ))(2)若太陽(yáng)帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？答案：(1)eq\f(2nSh,mλ)(2)eq\f(nSh,mλ)解析：(1)光子垂直射到太陽(yáng)帆上再反射，動(dòng)量改變量為2p，設(shè)光對(duì)太陽(yáng)帆的壓力為F，單位時(shí)間打到太陽(yáng)帆上的光子數(shù)為N，則N＝nS，由動(dòng)量定理有FΔt＝NΔt·2p，所以F＝N·2p，而光子動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，所以F＝eq\f(2nSh,λ).由牛頓其次定律可得飛船加速度的表達(dá)式為a＝eq\f(F,m)＝eq\f(2nSh,mλ).(2)若太陽(yáng)帆是黑色的，光子垂直打到太陽(yáng)帆上不再反射(被太陽(yáng)帆汲取)，光子動(dòng)量改變量為p，故太陽(yáng)帆上受到的光壓力為F′＝eq\f(nSh,λ)，飛船的加速度a′＝eq\f(nSh,mλ).12．電子和光一樣具有波動(dòng)性和粒子性，它表現(xiàn)出波動(dòng)的性質(zhì)，就像X射線穿過(guò)結(jié)晶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動(dòng)叫物質(zhì)波．質(zhì)量為m的電子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種物質(zhì)波的波長(zhǎng)可表示為λ＝eq\f(h,mv)，電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s.(1)計(jì)算具有100eV動(dòng)能的電子的動(dòng)量p和波長(zhǎng)λ；(2)若一個(gè)靜止的電子經(jīng)2500V電壓加速，求能量和這個(gè)電子動(dòng)能相同的光子的波長(zhǎng)，并求該光子的波長(zhǎng)和這個(gè)電子的波長(zhǎng)之比．答案：(1)5.4×10－24kg·m/s1.2×10－10m(2)5.0×10－10m21∶1解析：(1)p＝eq\r(2mE)≈5.4×10－