2024-2025學年高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波動性課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE4-粒子的波動性[A組素養(yǎng)達標]1．關于物質波，以下說法正確的是()A．任何一個物體都有一種波與之對應B．抖動細繩一端，繩上的波就是物質波C．動能相等的質子和電子相比，質子的物質波波長長D．宏觀物體不會發(fā)生明顯的衍射或干涉現象，所以沒有物質波解析：任何一個物體都是運動著的，依據德布羅意假設，都有一種波與之對應，A對；繩上的波是機械波，不是物質波，B錯；動能相等時，由p＝eq\r(2mEk)得質子的動量大些，由λ＝eq\f(h,p)知質子的物質波波長短，C錯；宏觀物體物質波波長太短，難以觀測，但具有波動性，D錯．答案：A2．(多選)關于光的波粒二象性，下列說法正確的是()A．光的粒子性說明每一個光子就像一個微小的球體B．光是波，與橡皮繩上的波相像C．光的波動性是大量光子運動規(guī)律的表現，在干涉條紋中，那些光強度大的地方，光子到達的概率大D．在宏觀世界中波動性和粒子性是對立的，在微觀世界是可以統(tǒng)一的解析：由于波動性和粒子性是光同時具有的兩種屬性，故不同于宏觀概念中的波和粒子，故A、B選項錯誤．在干涉試驗中，光強度大的地方，即為光子到達概率大的地方，表現為亮紋，光強度小的地方，即為光子到達概率小的地方，表現為暗紋，故C選項正確．在宏觀世界中，牛頓的“微粒說”與惠更斯的“波動說”是相互對立的，只有在微觀世界中，波動性和微粒性才統(tǒng)一，故D選項正確．答案：CD3．依據愛因斯坦的“光子說”可知，下列說法正確的是()A．“光子說”本質就是牛頓的“微粒說”B．光的波長越大，光子的能量越小C．一束單色光的能量可以連續(xù)改變D．只有光子數許多時，光才具有粒子性解析：愛因斯坦的“光子說”與牛頓的“微粒說”本質不同，選項A錯誤．由E＝heq\f(c,λ)可知選項B正確．一束單色光的能量不能連續(xù)改變，只能是單個光子能量的整數倍，選項C錯誤．大量光子通常表現為波動性，而少量光子通常表現為粒子性，選項D錯誤．答案：B4．2002年諾貝爾物理學獎中的一項是嘉獎美國科學家賈科尼和日本科學家小柴昌俊發(fā)覺了宇宙X射線源．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ε和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，則()A．ε＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．ε＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．ε＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．ε＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)解析：依據ε＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線每個光子的能量為ε＝eq\f(hc,λ)，每個光子的動量為p＝eq\f(h,λ).答案：D5．(多選)下列說法正確的是()A．光的干涉和衍射現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．一個電子和一個質子具有相同的動能時，因為電子的質量比質子的小，所以電子的動量就小C．一個電子和一個質子具有相同的動能時，電子的德布羅意波長比質子的小D．一個電子與一個質子具有相同的動量時，電子的德布羅意波長比質子小解析：光既具有波動性，又具有粒子性，說明白光具有波粒二象性，A正確；動量和動能的關系式為p＝eq\r(2mEk)，一個電子和一個質子具有相同的動能時，由于電子的質量比質子的質量小，可知電子的動量小，B正確；又由λ＝eq\f(h,p)知電子的動量小，其德布羅意波長應比質子的德布羅意波長大，C錯誤；由λ＝eq\f(h,p)知，當電子與質子具有相同的動量時，電子的德布羅意波長與質子的相等，D錯誤．答案：AB6.如圖所示，近年來數碼相機已經進入千家萬戶．用來衡量數碼相機性能的一個重要的指標就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現知300萬像素的數碼相機拍出的照片比30萬像素的數碼相機拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可說明為()A．像素的多少，與光的本質無關B．像素少，光的波動性顯著C．像素多，說明大量光子表現光具有粒子性D．像素的多少能說明光具有波粒二象性，像素多光的波動性顯著解析：依據光的波粒二象性，當光同物質發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質，少量或個別光子簡單顯示出光的粒子性；光在傳播時，表現出波的性質，大量光子產生的效果往往顯示出波動性，像素越多，光子與物質作用的個數越多、波動性越明顯，照片越清楚，D正確，A、B、C錯誤．答案：D7．質量為m的粒子原來的速度為v，現將粒子的速度增大為2v，則描寫該粒子的物質波的波長將(粒子的質量保持不變)()A．保持不變B．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍C．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半D．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的eq\r(2)倍解析：依據λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)知，v增大為2v時，λ變?yōu)閑q\f(λ,2)，故選C.答案：C8．現用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構．為滿意測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為eq\f(d,n)，其中n>1.已知普朗克常量h、電子質量m和電子電荷量e，電子的初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為多少？解析：由德布羅意波公式λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(d,n)，得p＝eq\f(nh,d)，而Ek＝eq\f(p2,2m)＝eq\f(n2h2,2md2)＝eU，解得U＝eq\f(n2h2,2emd2).答案：eq\f(n2h2,2emd2)[B組素養(yǎng)提升]9．2024年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調的世界上最強的極紫外激光脈沖，“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的探討中發(fā)揮重要作用．一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎．據此推斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中光速c＝3×10A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：能夠電離一個分子的能量即為一個極紫外波段的光子所具有的能量，E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.6×10－34×eq\f(3×108,100×10－9)J≈2×10－18J，B選項正確．答案：B10．如圖所示，光滑水平面上有兩個大小相同的鋼球A、B，A球的質量大于B球的質量．起先時A球以肯定的速度向右運動，B球處于靜止狀態(tài)．兩球碰撞后均向右運動．設碰前A球的德布羅意波長為λ1，碰后A、B兩球的德布羅意波長分別為λ2和λ3，則下列關系正確的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析：由德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)可知p＝eq\f(h,λ)，對A、B系統(tǒng)由動量守恒定律得pA＝pA′＋pB′，即eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ2)＋eq\f(h,λ3)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，D正確．答案：D11．靜止的原子核放出一個波長為λ的光子，已知普朗克常量為h，光在真空中傳播的速度為c，求：(1)質量為M的反沖核的速度為多少？(2)反沖核運動時物質波的波長是多少？解析：(1)由λ＝eq\f(h,p)得p＝eq\f(h,λ)，由光子與原子核組成的系統(tǒng)動量守恒，得0＝p－Mv′，故v′＝eq\f(p,M)＝eq\f(h,λM).(2)由德布羅意波長公式知，反沖核運動時物質波波長λ′＝eq\f(h,p′)＝eq\f(h,p)＝λ.答案：(1)eq\f(h,λM)(2)λ[C組學霸沖刺]12．一顆質量為5.0kg的炮彈：(1)以200m/s的速度運動時，它的德布羅意波長多大？(2)假設它以光速運動，它的德布羅意波長多大？(3)若要使它的德布羅意波長與波長是400nm的紫光波長相等，則它必需以多大的速度運動？解析：干脆利用德布羅意關系式進行計算．(1)炮彈的德布羅意波長λ1＝eq\f(h,p1)＝eq\f(h,mv1)＝eq\f(6.63×10－34,5×200)m＝6.63×10－37m(2)它以光速運動時的德布羅意波長λ2＝eq\f(h,p2)＝eq\f(h,mv2