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- 2021-05-26 发布
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2020 版高中物理 17.3 粒子的波动性知能巩固提升 新人教版选修
3-5
【课堂训练】
1.(2020·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和光的衍射
C.泊松亮斑和光电效应
D.光的反射和光电效应
2.有关光的本性,下列说法正确的是( )
A.光既具有波动性,又具有粒子性,这是互相矛盾和对立的
B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点
C.光不具有波动性
D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,
只能认为光具有波粒二象性
3.下列说法中正确的是( )
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都
有一种波和它对应,这种波叫物质波
D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动
性
4.(2020·廊坊高二检测)根据物质波理论,以下说法中正确的是( )
A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性
B.宏观物体和微观粒子都具有波动性
C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长
D.速度相同的质子和电子相比,电子的波动性更为明显
5.古巴名将罗伯斯在男子 110 m 栏比赛中,以 12 秒 87 的成绩打破了记录,设罗伯
斯质量约为 74 kg,试计算他在 110 m 栏跑中的德布罗意波波长.
【课后巩固】
6.(2020·徐州高二检测)光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹,
衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应,这一现象说明( )
A.光是电磁波 B.光具有波动性
C.光可以携带信息 D.光具有波粒二象性
7.(2020·桂林高二检测)为了观察到纳米级的微小结构,需要用到分辨率比光学显
微镜更高的电子显微镜.下列说法中正确的是( )
A.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短,因此不容易发生明显衍
射
B.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长,因此不容易发生明显衍
射
C.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短,因此更容易发生明显衍
射
D.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长,因此更容易发生明显衍
射
8.关于光的波粒二象性的理解,正确的是( )
A.大量的光子中有些光子表现出波动性,有些光子表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
9.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波波
长与晶体中原子间距相近,已知中子质量 m=1.67×10-27 kg,普朗克常量 h=6 .63×
10-34J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10 m 的热中子动能的数量级为( )
A.10-17J B.10-19J
C.10-21J D.10-24J
10.(2020·厦门高二检测)关于物质波,下列说法正确的是( )
A.速度相等的电子和质子,电子的波长长
B.动能相等的电子和质子,电子的波长短
C.动量相等的电子和中子,中子的波长短
D.甲电子速度是乙电子的 3 倍,甲电子的波长也是乙电子的 3 倍
11.一质量为 450 g 的足球以 10 m/s 的速度在空中飞行,一个初速度为零的电子,
通过电压为 100 V 的加速电场.试分别计算它们的德布罗意波波长.
12.光子的动量 p 与能量ε的关系为 p c
,静止的原子核放出一个波长为λ的光子,
已知普朗克常量为 h,光在真空中传播的速度为 c,求:
(1)质量为 M 的反冲核的速度为多少?
(2)反冲核运动时物质波的波长是多少?
答案解析
1.【解析】选 C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据,光电效应说明光
具有粒子性,光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性,故选项 C 正确.
2.【解析】选 D.19 世纪初,人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象,
这属于波的特征,微粒说无法解释这些现象;但 19 世纪末又发现了光电效应,这种
现象波动说不能解释,证明光具有粒子性.因此,光既具有波动性,又具有粒子性.
但光不同于宏观的机械波和粒子,波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现,
是同一客体的两个不同侧面,不同属性,我们无法只用其中一种去说明光的一切行
为,只能认为光具有波粒二象性.选项 D 正确.
3.【解析】选 C.物质波是一切运动着的物体所具有的波,与机械波性质不同,A 错
误;宏观物体 也具有波动性,只是它们的干涉、衍射现象不明显,看不出来,B、D
错误;德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,
都有一种波和它对应,这种波叫物质波,C 正确.
4.【解析】选 B、D.一切运动的物体都有一种物质波与它对应,所以宏观物体和微
观粒子都具有波动性,A 错误,B 正确;宏观物体的物质波波长很短,不易观察到它
的波动性,C 错误;速度相同的质子与电子相比,电子质量小,由λ= h h
p mv
知电
子的物质波波长更长,所以电子波动性更明显,D 正确.
5.【解析】罗伯斯 110 米栏跑时的速度:
v= x 110
t 12.87
m/s≈8.55 m/s.
罗伯斯的动量为:
p=mv=74×8.55 kg·m/s=632.7 kg·m/s
对应的德布罗意波波长为:
λ=
34h 6.63 10 mp 632.7
=1.048×10-36 m
答案:1.048×10-36 m
6.【解析】选 B、C.光能发生衍射现象,说明光具有波动性,B 正确.衍射图样与障
碍物的形状对应,说明衍射图样中包含了障碍物的信息,C 正确.光是电磁波,光也
具有波粒二象性,但在这个现象中没有得到反映,A、D 不正确.
7.【解析】选 A.为了观察纳米级的微小结构,用光学显微镜是不可能的,因为可见
光的波长数量级是 10-7m,远大于纳米,会发生明显的衍射现象,因此不能精确聚焦,
如果用很高的电压使电子加速,使它具有很大的动量,其物质波的波长就会很短,
衍射的影响就小多了,故 A 正确.
8.【解析】选 D.光的波粒二象性是光的属性,不论其频率的高低还是光在传播或者
是与物质相互作用,光都具有波粒二象性,大量光子的效果易呈现出波动性,个别
光子的效果易表现出粒子性,光的频率越高,粒子性越强,光的频率越低,波动性
越强,故 A、B、C 错误,D 正确.
【总结提升】利用光的波粒二象性解题技巧
利用光的波粒二象性求解有关问题,要正确理解波粒二象性,粒子性的一面表现在
光子具有能量ε=hν,动量 hp
以及和其他物质作用时,显示光的粒子性的一面.
波动性的一面表现在光传播时,频率越低、波长越长的光,波动性越显著,光的粒
子性和波动性组成一个有机的整体,相互间并不独立存在.在宏观现象中,波与粒子
是对立的概念,而在微观世界中波与粒子可以统一.由于我们的经验局限于宏观物体
的运动,微观世界的某些属性与宏观世界不同.光既不是宏观概念的波,也不同于宏
观概念的粒子.
9.【解析】选 C.由λ= h
p
知热中子的动量 p= h
,又 p2=2mEk,所以热中子动能:
2 2 34 2
k 2 10 2 27
p h (6.63 10 )E J2m 2 m 2 (1.82 10 ) 1.67 10
≈4×10-21J.故选项 C 正确.
10.【解析】选 A.由λ= h
p
可知,动量大的波长短,电子与质子的速度相等时,电子
动量小,波长长,A 正确;电子与质子动能相等时,由动量与动能的关系式 p= k2mE
可知,电子的动量小,波长长,B 错误;动量相等的电子和中子,其波长应相等,C
错误;如果甲、乙两电子的速度远小于光速,甲的速度是乙的三倍,甲的动量也是
乙的三倍,则甲的波长应是乙的 1
3
,D 错误.
11.【解析】物体的动量 p=mv.
其德布罗意波波长 h h .p mv
足球的波长:
34
34
1 3
1 1
h 6.63 10 m 1.47 10 m.m v 450 10 10
电子经电场加速后,速度增加为 v2,根据动能定理 1
2
m2v2
2=eU,p2=m2v2= 22m eU .
该电子的德布罗意波波长 2
2 2
h h
p 2m eU
=
34
31 19
6.63 10 m
2 9.1 10 1.6 10 100
=1.2×10-10 m.
答案:1.47×10-34 m 1.2×10-10 m
【变式备选】现用电子显微镜观测线度为 d 的某生物大分子的结构.为满足测量要求,
将显微镜工作时电子的德布罗意波波长设定为 d
n
,其中 n>1.已知普朗克常量 h、电子
质量 m 和电子电荷量 e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为多
少?
【解析】由德布罗意波公式λ= h d
p n
得 nhp d
而
2 2 2
k 2
p n hE eU2m 2md
解得
2 2
2
n hU 2emd
答案:
2 2
2
n h
2emd
12.【解题指南】解答本题应注意以下两点:
(1)原子核放出光子的过程动量守恒.
(2)德布罗意波波长公式λ= h
p
.
【解析】(1)由λ= h
p
得 p= h
,由光子与原子核组成的系统动量守恒,得
0=p-Mv′,
故 p hv .M M
(2)由德布罗意波波长公式 h
p
知,反冲核运动时物质波波长 h h .p p
答案:(1) h
M
(2)λ
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