高中物理選擇性必修第三冊(cè)-課時(shí)跟蹤訓(xùn)練(十七)-粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立

PAGE第5頁(yè)共5頁(yè)課時(shí)跟蹤訓(xùn)練（十七）粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立A級(jí)—雙基達(dá)標(biāo)1．人們對(duì)“光的本性”的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。下列符合物理學(xué)史實(shí)的是()A．牛頓提出光是一種高速粒子流，并能解釋一切光的現(xiàn)象B．惠更斯認(rèn)為光是機(jī)械波，并能解釋一切光的現(xiàn)象C．為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)D．為了說(shuō)明光的本性，麥克斯韋提出了光的波粒二象性解析：選C牛頓認(rèn)為光是一種粒子流，他的觀點(diǎn)支持了光的微粒說(shuō)，能解釋光的直線傳播與反射現(xiàn)象，不能解釋一切現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤。惠更斯認(rèn)為光是一種機(jī)械波，能解釋光的反射、折射和衍射，但不能解釋光的直線傳播和光電效應(yīng)等現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤。為了解釋光電效應(yīng)愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)，認(rèn)為光的反射、傳播和吸收不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份就是一個(gè)光子，故C正確。麥克斯韋提出了光的電磁波說(shuō)，認(rèn)為光是一種電磁波，故D錯(cuò)誤。2．如圖，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)()A．只能證明光具有波動(dòng)性B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射D．證明光具有波粒二象性解析：選D弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，證明了光具有波動(dòng)性；驗(yàn)電器的鋁箔有張角，說(shuō)明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，D正確。3．質(zhì)量為m的粒子原來(lái)的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大到2v，則描寫該粒子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)將(粒子的質(zhì)量保持不變)()A．保持不變B．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的兩倍C．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的一半D．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的eq\r(2)倍解析：選C根據(jù)公式λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)可以判斷選項(xiàng)C正確。4．關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)法，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波與機(jī)械波是同樣的一種波C．光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性解析：選D光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過(guò)雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動(dòng)性。粒子性和波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)。5．近年來(lái)，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)家喻戶曉，用來(lái)衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)?，F(xiàn)知300萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為()A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B．光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性解析：選D數(shù)碼相機(jī)拍出的照片不是白點(diǎn)，不能說(shuō)明顯示粒子性，故不選擇A；光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個(gè)光子也有波動(dòng)性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無(wú)關(guān)，所以B錯(cuò)誤；大量光子表明光具有波動(dòng)性，所以C錯(cuò)誤；光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，D正確。6．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開(kāi)始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波波長(zhǎng)為()A.eq\r(\f(h,2mgU)) B.eq\f(h,2mqU)C.eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU) D.eq\f(h,\r(mqU))解析：選C設(shè)加速后的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理可得：qU＝eq\f(1,2)mv2，所以v＝eq\r(\f(2qU,m))，由德布羅意波波長(zhǎng)公式可得：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,m\r(\f(2qU,m)))＝eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU)，所以選項(xiàng)C正確。7．[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波長(zhǎng)和頻率為1MHz的無(wú)線電波的速度和波長(zhǎng)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知()物體質(zhì)量/kg速度/(m·s－1)波長(zhǎng)/m彈子球2.0×10－21.0×10－23.3×10－30電子9.1×10－315.0×1061.2×10－10無(wú)線電波(1MHz)—3.0×1083.0×102A．要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能B．無(wú)線電波通常表現(xiàn)出波動(dòng)性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性D．只有可見(jiàn)光才有波粒二象性解析：選ABC彈子球的波長(zhǎng)太小，所以檢測(cè)其波動(dòng)性幾乎不可能，A正確；無(wú)線電波的波長(zhǎng)較大，所以其通常表現(xiàn)出波動(dòng)性，B正確；電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性，C正確；由物質(zhì)波理論知D錯(cuò)誤。8．X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長(zhǎng)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(gè)光子的能量和動(dòng)量，則()A．E＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．E＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．E＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)解析：選D根據(jù)E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線每個(gè)光子的能量為E＝eq\f(hc,λ)，每個(gè)光子的動(dòng)量為p＝eq\f(h,λ)，故D正確。9．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)。為滿足測(cè)量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波波長(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)為多大？解析：電子在傳播過(guò)程中形成物質(zhì)波，物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)根據(jù)題意可知，eq\f(d,n)＝eq\f(h,mv)解得v＝eq\f(nh,md)根據(jù)動(dòng)能定理可知，eU＝eq\f(1,2)mv2－0解得U＝eq\f(n2h2,2med2)。答案：eq\f(n2h2,2med2)B級(jí)—選考提能10．[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(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)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(jìn)而分析出晶體的原子排列。則下列分析中正確的是()A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸D．中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng)解析：選AD由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)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(zhǎng)比原子尺寸小得多，由p＝eq\f(h,λ)可知它的動(dòng)量應(yīng)很大，速度應(yīng)很大，A正確，B錯(cuò)誤；由題目所給信息“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)波波長(zhǎng)及X射線的波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，C錯(cuò)誤，D正確。11．如圖所示，光滑水平面上有A、B兩球，開(kāi)始時(shí)A球以一定的速度向右運(yùn)動(dòng)，B球處于靜止?fàn)顟B(tài)。兩球碰撞后均向右運(yùn)動(dòng)，設(shè)碰撞前A球的德布羅意波波長(zhǎng)為λ1，碰撞后A、B兩球的德布羅意波波長(zhǎng)分別為λ2和λ3，則下列關(guān)系正確的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析：選D由動(dòng)量守恒定律得p1＝p2＋p3，即eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ2)＋eq\f(h,λ3)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，D正確。12．高速電子流射到固體上，可產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的最大頻率由公式hνm＝Ek確定，Ek表示電子打到固體上時(shí)的動(dòng)能。設(shè)電子經(jīng)過(guò)U＝9000V高壓加速，已知電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.60×10－19(1)加速后電子對(duì)應(yīng)的德布羅意波波長(zhǎng)；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長(zhǎng)及一個(gè)光子的最大動(dòng)量。解析：(1)電子在電場(chǎng)中加速，根據(jù)動(dòng)能定理，電子動(dòng)能Ek＝eU＝eq\f(1,2)mv2對(duì)應(yīng)的德布羅意波波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，聯(lián)立得λ＝eq\f(h,\r(2meEk))＝eq\f(h,\r(2meeU))＝1.3×10－