人教版高中物理精講精練-選擇性必修34.5　粒子的波動性和量子力學的建立 原卷版

4.5粒子的波動性和量子力學的建立【考點歸納】考點一：德布羅意波及其公式考點二：概率波的理解考點三：電子的衍射圖樣考點四：波粒二象性的理解考點五：光的波粒二象性【知識歸納】知識點一、粒子的波動性1．德布羅意波：每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波．2．粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間的關(guān)系：ν＝eq\f(ε,h)，λ＝eq\f(h,p).知識點二、物質(zhì)波的實驗驗證1．實驗探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象．2．實驗驗證：1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性．3．說明：除了電子以外，人們陸續(xù)證實了中子、質(zhì)子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的ν＝eq\f(ε,h)和λ＝eq\f(h,p)關(guān)系同樣正確．4．電子、質(zhì)子、原子等粒子和光一樣，也具有波粒二象性．知識點三、量子力學的建立技巧歸納：．對物質(zhì)波的理解(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，這種波叫物質(zhì)波，其波長λ＝eq\f(h,p).我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小．(2)德布羅意假說是光的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質(zhì)波．2．計算物質(zhì)波波長的方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達式p＝mv.(2)根據(jù)波長公式λ＝eq\f(h,p)求解．(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達式．如光子的能量：ε＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)；微觀粒子的動能：Ek＝eq\f(1,2)mv2，動量p＝mv.【題型歸納】題型一：德布羅意波及其公式1．（22-23高二下·全國）任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應，波長滿足，人們把這種波叫作德布羅意波。一個德布羅意波長為的中子和另一個德布羅意波長為的氘核同向正碰后結(jié)合成一個氚核，該氚核的德布羅意波長為（

）A． B．C． D．2．（22-23高三下·全國）一對正負電子相遇后轉(zhuǎn)化為一對光子的過程稱為湮滅。已知電子質(zhì)量為真空中光速c=3×108m/s，普朗克常量為。則一對靜止的正負電子湮滅后產(chǎn)生的每個光子的動量大小為（）A． B．C． D．3．（22-23高二下·江西萍鄉(xiāng)·期末）已知一個激光發(fā)射器功率為，發(fā)射波長為的光，光速為，普朗克常量為，則（）A．光的頻率 B．單位時間內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為C．光子的動量為 D．光子的能量為題型二：概率波的理解4．（20-21高二下·甘肅張掖·期中）關(guān)于物質(zhì)波下列說法中正確的是（）A．實物粒子與光子一樣都具有波粒二象性，所以實物粒子與光子是相同本質(zhì)的物質(zhì)B．物質(zhì)波是概率波，光波是電磁波也是概率波C．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性D．粒子的動量越小，其波動性越不易觀察5．（2022高三·上海）極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖（a）（b）（c）所示的圖像，則（）A．圖像（a）表明光具有波動性B．圖像（c）表明光具有粒子性C．用紫外線觀察不到類似的圖像D．實驗表明光是一種概率波6．（2021高三·全國·專題練習）以下關(guān)于物質(zhì)波的說法中正確的是（??）A．實物粒子與光子都具有波粒二象性，故實物粒子與光子是本質(zhì)相同的物體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，越容易觀察題型三：電子的衍射圖樣7．（22-23高二下·浙江寧波·期末）讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格（大小約為）上，可得到電子的衍射圖樣，如圖所示．下列說法正確的是（

）

A．電子衍射圖樣說明了電子具有粒子性B．加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越短C．增大晶格尺寸，更容易發(fā)生衍射D．動量相等的質(zhì)子和電子，通過相同的晶格，質(zhì)子更容易衍射8．（22-23高二下·廣東廣州）英國物理學家G·P·湯姆孫曾在實驗中讓靜止的電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示衍射圖樣，則（）A．該圖樣說明了電子具有粒子性B．電子的位置和動量可以同時被確定C．加速電壓越大，電子的德布羅意波長越長D．讓靜止的電子束和質(zhì)子束通過相同的加速電場，電子的德布羅意波長更長9．（2023高三·全國·專題練習）著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示衍射圖樣，已知電子質(zhì)量為m＝9.1×10－31kg，加速后電子速度v＝5.0×105m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則（）A．該圖樣說明了電子具有粒子性B．該實驗中電子的德布羅意波長約為1.5nmC．加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越大D．使用電子束工作的電子顯微鏡中，加速電壓越大，分辨本領(lǐng)越弱題型四：波粒二象性的理解10．（20-21高二下·陜西延安·期末）下列關(guān)于微觀粒子的波粒二象性的認識，錯誤的是（）A．由概率波的知識可知，因微觀粒子落在哪個位置不能確定，所以粒子沒有確定的軌跡B．由概率波的知識可知，因微觀粒子落在哪個位置不能確定，再由不確定性關(guān)系知粒子動量將完全確定C．大量光子表現(xiàn)出波動性，此時光子仍具有粒子性D．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的11．（19-20高二下·上?！て谀┯脴O微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖a、b、c所示的圖像，則下列說法不正確的是（）A．圖像a表明光具有粒子性B．圖像b表明光具有波動性C．用紫外光觀察不到類似的圖像D．實驗表明光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大?。锤怕剩?，可以用波動規(guī)律來描述12．（21-22高二下·新疆和田·期中）下列有關(guān)波粒二象性的說法中錯誤的是（）A．光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性B．德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應規(guī)律C．美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應，證實了光的粒子性D．法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子具有波動性題型五：光的波粒二象性13．（22-23高二下·河北石家莊）下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是（

）A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的干涉表明光具有波動性D．康普頓效應表明光具有波動性14．（22-23高二下·全國·課前預習）波粒二象性是微觀粒子的基本特征，以下說法正確的是（

）A．光電效應現(xiàn)象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，說明中子具有波動性C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等15．（22-23高二下·北京海淀·階段練習）在驗證光的波粒二象性實驗中，如果光子一個個地通過狹縫，則（）A．通過狹縫后，光子的運動路線是直的B．通過狹縫后，底片上立即出現(xiàn)衍射圖樣C．如果時間足夠長，底片上將出現(xiàn)衍射圖樣D．如果時間足夠長，底片上將出現(xiàn)均勻分布的光斑【課堂過關(guān)精練】一、單選題16．（2023高二上·江蘇鹽城）下列說法中正確的是（）A．光波是一種概率波B．用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象C．愛因斯坦提出了光子說，成功解釋了光電效應現(xiàn)象，否定了光的波動性D．用標準平面檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象17．（23-24高三上·浙江·階段練習）光射到物體表面上時會產(chǎn)生壓力，我們將光對物體單位面積的壓力叫光壓。已知普朗克常量h，光速c，某激光器發(fā)出的激光功率為P，該光束垂直射到某平整元件上，其光束截面積為S，該激光的波長λ。若激光的能量全部被原件吸收，則下列說法正確的有（）A．該光束產(chǎn)生的光壓為B．該光束產(chǎn)生的光壓為C．該激光器單位時間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為D．該激光器單位時間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為18．（21-22高二下·重慶渝北·期中）關(guān)于光的下列說法正確的是（）A．光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波B．光的干涉條紋是彩色的，衍射條紋是黑白相間的C．光的干涉現(xiàn)象說明具有波動性，光的衍射現(xiàn)象不能說明這一點D．光的干涉和衍射現(xiàn)象都是光波疊加的結(jié)果19．（23-24高二上·江蘇鹽城·期中）關(guān)于波粒二象性，下列說法中正確的是（）A．光像原子一樣是一種微粒，光又像機械波一樣是一種波B．波粒二象性是牛頓的微粒說與惠更斯的波動說結(jié)合起來的學說C．光是一種波，同時也是一種粒子，大量光子表現(xiàn)的物理規(guī)律是波動性，單個光子的表現(xiàn)有偶然性，是粒子性的反映D．光具有波粒二象性，實物粒子不具有波粒二象性20．（22-23高二下·全國·課時練習）關(guān)于德布羅意波波長，下列說法正確的是（）A．動量相同的不同物體（包括宏觀物體和微觀粒子），它們具有相同的德布羅意波波長B．動能相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長C．速率相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長D．只有動量相同的不同微觀粒子，它們才具有相同的德布羅意波長21．（22-23高二下·江蘇南通·期末）一個中子與一個氘核相向?qū)ψ步Y(jié)合成一個處于激發(fā)態(tài)的氚核，然后向低能級躍遷并釋放光子。已知中子的德布羅意波波長為，氘核的德布羅意波波長為，且，則處于激發(fā)態(tài)氚核的德布羅意波波長為（）A． B．C． D．22．（22-23高二下·江蘇徐州·期末）若兩個質(zhì)量不同粒子的德布羅意波波長相等，則（）A．兩粒子的動能相等B．兩粒子的動量大小相等C．通過相同晶體時，質(zhì)量小的粒子衍射現(xiàn)象更明顯D．通過相同晶體時，質(zhì)量大的粒子衍射現(xiàn)象更明顯23．（22-23高二下·河南焦作·期末）2022年11月30日，神舟十五號載人飛船入軌后成功對接于空間站天和核心艙前向端口。神舟十四號乘組和神舟十五號乘組成功會師于空間站，會師后的空間站總質(zhì)量為m，空間站繞地球做半徑為r的勻速圓周運動，向心加速度為a，普朗克常數(shù)為h，地球表面的重力加速度為g，不考慮地球自轉(zhuǎn)，則下列說法正確的是（）

A．宇航員可以懸浮在空間站中，完全不受重力作用B．空間站軌道離地面高度為C．地球的第一宇宙速度大小為D．空間站在軌運動時對應的物質(zhì)波波長為【高分突破精練】一、單選題24．（22-23高二下·北京海淀）著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示衍射圖樣，則（）

A．該圖樣說明了電子具有粒子性B．高速運動的電子是一種波，不再是粒子了C．加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越大D．實驗中換成晶格間隔更小的多晶薄膜，衍射現(xiàn)象會更明顯25．（22-23高二下·湖南衡陽·期末）這次波及全球的新冠病毒的尺寸約為100nm，由于最短可見光波長約為400nm，所以我們無法用可見光捕捉病毒的照片。科學家用電子顯微鏡，即加速電場中的電子，使其表現(xiàn)為波長遠小于可見光的波。終于捕捉到了它的圖像，正所謂越艷麗越有毒。已知電子的質(zhì)量為9×10-31kg，電子的電荷量為1.6×10-19C，普朗克常量為6.6×10-34J?s，不考慮相對應效應，則下列說法正確的是（）A．電子顯微鏡的分辨率非常高，是由于電子的德布羅意波長非常長B．電子顯微鏡與加速電壓有關(guān)，加速電壓越高，則分辨率越低C．若用相同動能的質(zhì)子代替電子，不能拍攝到新冠病毒的3D圖像D．德布羅意長為0.2nm的電子，可由靜止電子通過約37.8V的電壓加速得到26．（2023·江蘇蘇州·三模）激光冷卻中性原子的原理如圖所示，質(zhì)量為m、速度為的原子連續(xù)吸收多個迎面射來的頻率為的光子后，速度減小。不考慮原子質(zhì)量的變化，光速為c。下列說法正確的是（）

A．激光冷卻利用了光的波動性B．原子吸收第一個光子后速度的變化量為C．原子每吸收一個光子后速度的變化量不同D．原子吸收個光子后速度減小到原來的一半27．（22-23高二下·江蘇南通·階段練習）初速度為0的電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格上，得到如圖所示的電子衍射圖樣．已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，加速電壓為U，普朗克常量為h，則（）A．該實驗說明電子具有粒子性B．電子離開電場時的物質(zhì)波波長為C．加速電壓U越小，電子的衍射現(xiàn)象越不明顯D．若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯二、多選題28．（22-23高二下·全國·課前預習）表中列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知（

）物體質(zhì)量速度波長彈子球電子無線電（1MHz）A．要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B．無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性D．只有可見光才有波動性29．（22-23高二下·全國·課時練習）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．質(zhì)量為10-3kg、速度為10-2m/s的小球，其德布羅意波長約為10-23m，不過我們能清晰地觀測到小球運動的軌跡C．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D．大量電子通過狹縫，在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋30．（23-24高三上·黑龍江牡丹江·階段練習）實物粒子的波動性不容易被觀察到，可以利用金屬晶格（大小約10-10m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣從而研究其波動性，方法是讓電子通過電場加速，然后讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。初速度為零，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是（）A．該實驗中加速電壓U形成的電場一定要是勻強電場B．實驗中電子束的德布羅意波長λ=C．加速電壓U越大，電子束的衍射現(xiàn)象越不明顯D．若用速度相同的質(zhì)子代替電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯31．（22-23高二下·重慶沙坪壩·期中）著名物理學家湯姆孫曾在實驗中讓電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示衍射圖樣，已知電子質(zhì)量為，加速后電子速度，普朗克常量，則（）A．該圖樣說明了電子具有粒子性B．該實驗中電子的德布羅意波長約為C．若讓原本靜止的質(zhì)子束和電子束通過相同加速電場，電子的德布羅意波長更大D．使用電子束工作的電子顯微鏡中，加速電壓越大，分辨本領(lǐng)越弱32．（2023·全國·模擬預測）這次波及全球的新冠病毒的尺寸約為100nm，由于最短可見光波長約為400nm，所以我們無法用可見光捕捉病毒的照片?？茖W家用電子顯微鏡，即加速電場中的電子，使其表現(xiàn)為波長遠小于可見光的波。終于捕捉到了它的圖像，正所謂越艷麗越有毒。已知電子的質(zhì)量為9×10-31kg，電子的電荷量為1.6×10-19C，普朗克常量為6.6×10-34J?s，不考慮相對應效應，則下列說法正確的是（）

A．電子顯微鏡的分辨率非常高，是由于電子的德布羅意波長非常短B．電子顯微鏡與加速電壓有關(guān)，加速電壓越高，則分辨率越低C．若用相同動能的質(zhì)子代替電子，也能拍攝到新冠病毒的3D圖像D．德布羅意長為0.2nm電子，可由靜止電子通過約37.8V的電壓加速得到33．（22-23高二下·湖北·期中）2017年激光干涉引力波天文臺（LIGO）首次探測到了雙中子星碰撞，兩顆中子星在彼此的引力作用下相互環(huán)繞運動并向外釋放出強大的引力波，引力波帶走中子星的能量導致二者距離縮小，最終發(fā)生碰撞，并產(chǎn)生出了高達300個地球質(zhì)量的黃金。理論計算表明輻射出的引力波的頻率等于雙中子星環(huán)繞頻率的2倍，引力波的傳播速度等于光速c，并且引力波具有波的性質(zhì)，假設某時刻兩顆中子星的質(zhì)量分別為，，二者距離為L，下列說法正確的是