2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性课时分层训练含解析 人教版选修3-5 0 6页

粒子的波动性 ‎「基础达标练」‎ ‎1．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是(　　)‎ A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的 B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波 D．光具有波粒二象性 解析：选A　牛顿的“微粒说”认为光子是一个一个的实物粒子，爱因斯坦的“光子说”认为光子是一份一份的能量，两者有本质上的区别，A错误；干涉现象和衍射现象都能显示光的波动性，B正确；麦克斯韦预言了光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光是一种电磁波，C正确；现代物理学认为光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，D正确．故选A.‎ ‎2．(2019·甘肃临夏中学高二期末)下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是(　　)‎ A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性 B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著 C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性 D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性 解析：选D　光既具有粒子性，又具有波动性，即光具有波粒二象性，D错误；大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性，A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，C正确．故选D.‎ ‎3．下列说法正确的是(　　)‎ A．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 B．光不具有波动性 C．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 D．实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质 解析：选C　光的波动性和光的粒子性不同于宏观的机械波和粒子，A错误；光既具有波动性又具有粒子性，B错误；光的波动性和粒子性是光的行为，即光具有波粒二象性，C正确；实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同，D错误．‎ ‎4．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是(　　)‎ 6‎ A．能量较大的光子其波动性越显著 ‎ B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显 ‎ C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变短了 解析：选C　在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故A错误；速度相同的质子和电子相比，由于质子的质量更大，由p＝mv，以及λ＝可知，电子的波动性更为明显，故B错误；光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C正确；康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的动量减小，所以波长变长了，故D错误．‎ ‎5．质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大到2v，则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)(　　)‎ A．保持不变 B．变为原来波长的两倍 C．变为原来波长的一半 D．变为原来波长的 倍 解析：选C　根据公式λ＝＝可以判断选项C正确．‎ ‎6．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是(　　)‎ A．宏观物体的物质波波长非常短，极易观察到它的波动性 ‎ B．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性 ‎ C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变短了 ‎ D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应 解析：选B　宏观物体的物质波波长非常短，非常不容易观察到它的波动性，故A错误；现代物理学已经证实，光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性，故B正确；康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的能量减小，波长变长了，康普顿效应证明光具有粒子性，故C错误；根据光电效应发生的条件可知，对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应，故D错误．‎ ‎7．(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：①用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；②利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列．则下列分析中正确的是(　　)‎ A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多 6‎ B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小 C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸 D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当 解析：选AD　由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生明显衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，由p＝可知它的动量应很大，速度应很大，A正确，B错误；由题目所给信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的条件可知，中子的物质波波长及X射线的波长与原子尺寸相当，C错误，D正确．‎ ‎8．如果一个中子和一个质量为‎10 g的子弹都以‎103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－‎27 kg)‎ 解析：中子的动量为p1＝m1v，‎ 子弹的动量为p2＝m2v，‎ 据λ＝知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为 λ1＝，λ2＝ 联立以上各式解得λ1＝，λ2＝ 将m1＝1.67×10－‎27 kg，v＝‎103 m/s，h＝6.63×10－34 J·s，m2＝1×10－‎2 kg代入上面两式可解得 λ1＝4.0×10－‎10 m，λ2＝6.63×10－‎35 m.‎ 答案：4.0×10－‎10 m　6.63×10－‎‎35 m ‎「能力提升练」‎ ‎9．(多选)关于下列图象的描述和判断正确的是(　　)‎ A．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有粒子性 B．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性 C．图乙表示随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会减小 D．图乙表示随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 6‎ 解析：选BD　图甲是电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性，选项A错误，B正确；图乙是黑体辐射实验规律图线，从图线能够看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项D正确，C错误．‎ ‎10．(2019·昆明高二检测)X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则(　　)‎ A．E＝，p＝0　　　　 B．E＝，p＝ C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝ 解析：选D　根据E＝hν，且λ＝，c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝，每个光子的动量为p＝，故选D.‎ ‎11．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 解析：选A　速度相等的电子和质子相比，电子的质量小，电子的动量小，根据物质波的波长公式：λ＝可知，电子的波长长，故A正确；由动能与动量的关系式：p＝及物质波的波长公式：λ＝，λ＝，动能相等的质子和电子相比，质子的质量大，所以质子的物质波波长短，故B错误；根据物质波的波长公式：λ＝可知，动量相等的电子和中子的物质波的波长相等，故C错误；甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，由λ＝，可知甲电子的波长应是乙电子的，故D错误．‎ ‎12.如图所示，光滑水平面上有A、B两球，开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰撞前A球的德布罗意波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是(　　)‎ A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3‎ C．λ1＝ D．λ1＝ 6‎ 解析：选D　由动量守恒定律p1＝p2＋p3，即＝＋，所以λ1＝.‎ ‎13．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长设定为，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大？‎ 解析：电子在传播过程中形成物质波．物质波的波长λ＝ 根据题意可知，＝ 解得v＝ 根据动能定理可知，eU＝mv2－0‎ 解得U＝.‎ 答案： ‎14．高速电子流射到固体上，可产生X射线．产生X射线的最大频率由公式hνm＝Ek确定，Ek表示电子打到固体上时的动能．设电子经过U＝9 000 V高压加速，已知电子质量me＝9.1×10－‎31 kg.电子电量e＝1.60×10－‎19 C．求：‎ ‎(1)加速后电子对应的德布罗意波长；‎ ‎(2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量．‎ 解析：(1)电子在电场中加速，根据动能定理，‎ 电子动能Ek＝eU 对应的德布罗意波波长 λ＝＝≈1.3×10－‎11 m.‎ 电子的德布罗意波长约为1.3×10－‎11 m.‎ ‎(2)当电子与固体撞击后，其动能全部失去，‎ 其中光子能量Ek＝hνm eU＝Ek 解得λmin＝≈1.4×10－‎10 m，‎ 一个光子的最大动量pm＝＝4.7×10－‎24 kg·m/s.‎ 答案：(1)1.3×10－‎11 m　(2)1.4×10－‎10 m　‎ ‎4.7×10－‎24 kg·m/s 6‎ 6‎