2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性第45节概率波不确定性关系课时分层训练含解析 人教版选修3-5 0 5页

第4节 概率波 第5节 不确定性关系 ‎「基础达标练」‎ ‎1．关于微观粒子的运动，下列说法中正确的是(　　)‎ A．不受外力作用时光子就会做匀速运动 B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动 C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度 D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律 解析：选D　光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定性关系可知，选项C错误，D正确．‎ ‎2．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处可能是(　　)‎ A．亮纹 B．暗纹 C．既有可能是亮纹也有可能是暗纹 D．以上各种情况均有可能 解析：选A　光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项A正确．‎ ‎3．下列关于概率波的说法中，正确的是(　　)‎ A．概率波就是机械波 B．物质波是一种概率波 C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象 D．在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则可以确定它从其中的哪一个缝中穿过 解析：选B　概率波具有波粒二象性，概率波不是机械波，A错误；对于电子和其他微观粒子，在空间出现的概率也可以用波动规律确定，所以与它们相联系的物质波也是概率波，B正确；概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但它们的本质是不一样的，C错误；在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则它从两个缝穿过的概率是一样的，但不能确定它从其中的哪一个缝中穿过，D错误．‎ ‎4．(多选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是(　　)‎ A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B．光电效应现象说明光具有粒子性 C．光波不同于机械波，它是一种概率波 D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一 解析：选BC　爱因斯坦的光子说没有否定光的电磁说，A错误；光既有波动性，又有粒子性，两者不相互矛盾，而是有机的统一体，D错误．‎ 5‎ ‎5．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是(　　)‎ A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性 B．单个光子通过双缝后的落点可以预测 C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 解析：选D　曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，A错；单个光子的落点不可预测，B错；少量光子的行为表现出光的粒子性，C错；光波是一种概率波，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，D正确．‎ ‎6．对于光的行为，下列说法不正确的是(　　)‎ A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 解析：选C　个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性，A选项正确；光与物质作用，表现为粒子性，光的传播表现出波动性光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子的分布概率，光表现出粒子性时仍具有波动性，因此大量粒子的行为呈现出波动规律，B、D选项正确，C选项错误．故选C.‎ ‎7．1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是(　　)‎ A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性 解析：选C　实验中亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明实物粒子具有波动性，物质波理论是正确的，不能说明光子具有波动性，选项C说法不正确．‎ ‎8．质量为‎10 g的子弹与电子的速率相同，均为‎500 m 5‎ ‎/s，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为m＝9.1×10－‎31 kg，结果保留三位有效数字)‎ 解析：测量准确度也就是速度的不确定性，故子弹、电子的速度不确定量为Δv＝‎500 m/s×0.01%＝‎0.05 m/s，子弹动量的不确定量Δp1＝5×10－‎4 kg·m/s，电子动量的不确定量Δp2＝4.55×10－‎32 kg·m/s，由Δx≥，得子弹位置的最小不确定量Δx1＝ m≈1.06×10－‎31 m，电子位置的最小不确定量Δx2＝ m≈1.16×10－‎3 m.‎ 答案：见解析 ‎「能力提升练」‎ ‎9．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．光的波粒二象性学说是由牛顿的微粒说与惠更斯的波动说组成的 B．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说 C．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式E＝hν中，频率ν表示波的特征，E表示粒子的特征 D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波 解析：选CD　光的波粒二象性学说是由爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说组成的，A选项错误；麦克斯韦认为光是一种电磁波，即光具有波动性，B选项错误；爱因斯坦的光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式E＝hν中，频率ν表示波的特征，E表示粒子的特征，C选项正确；光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波，D选项正确．‎ ‎10．(多选)电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是(　　)‎ A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D．电子的“轨道”只不过是电子出现的概率比较大的位置 解析：选CD　微观粒子对应的波是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述其在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子的“轨道”只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确．‎ ‎11．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知(　　)‎ 5‎ 质量/kg 速度/m·s－1‎ 波长/m 弹子球 ‎2.0×10－2‎ ‎1.0×10－2‎ ‎3.3×10－30‎ 电子(100 eV)‎ ‎9.1×10－31‎ ‎5.0×106‎ ‎1.2×10－10‎ 无线电波(1 MHz)‎ ‎3.0×108‎ ‎3.0×102‎ A.要检测弹子球的波动性几乎不可能 B．无线电波通常只能表现出波动性 C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性 D．只有可见光才有波粒二象性 解析：选ABC　弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误．‎ ‎12．关于电子的运动规律，以下说法正确的是(　　)‎ A．电子如果表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 B．电子如果表现出粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 C．电子如果表现出波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律 D．电子如果表现出波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 解析：选C　由于牛顿运动定律适用于客观物体的低速运动，即使电子表现出粒子性，也不遵从牛顿运动定律，无法用轨迹描述其运动，故A、B错误；电子如果表现出波动性，是一种概率波，无法用轨迹来描述它，但可确定电子在某点附近出现的概率且遵循波动规律，故C正确，D错误．‎ ‎13．如图所示为示波管示意图，电子的加速电压U＝104 V，打在荧光屏上电子的位置确定在‎0.1 mm范围内，可以认为令人满意，则电子的速度是否可以完全确定？是否可以用经典力学来处理？电子质量m＝9.1×10－‎31 kg.‎ 解析：Δx＝10－‎4 m，由ΔxΔp≥得，动量的不确定量最小值Δp≈5×10－‎31 kg·m/s，其速度不确定量Δv≈‎0.55 m/s.mv2＝eU＝1.6×10－19×104 J＝1.6×10－15 J，v 5‎ ‎＝6×‎107 m/s，Δv远小于v，电子的速度可以完全确定，可以用经典力学来处理．‎ 答案：可以完全确定　可以用经典力学来处理 ‎14．原子核的半径为10－‎15 m，估计核内质子的动量不确定范围．如果电子被限制在核内，其动量不确定范围又是多少？‎ 解析：根据不确定性关系ΔxΔp≥可知，‎ 质子动量的不确定范围Δp≥＝ kg·m/s＝5.28×10－‎20 kg·m/s.‎ 如果电子被限制在核内，电子运动的范围也是10－‎15 m，‎ 其动量不确定范围也是5.28×10－‎20 kg·m/s.‎ 答案：Δp≥5.28×10－‎20 kg·m/s　‎ Δp≥5.28×10－‎20 kg·m/s 5‎