2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性第3节粒子的波动性课后限时作业含解析 人教版选修3-5 4页

第3节 粒子的波动性 ‎1．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 D　解析　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，这些属于波的特征，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，证实光具有粒子性，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，波动性与粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的不同侧面、不同属性，我们无法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．‎ ‎2．(多选)为了观察晶体的原子排列，采用了以下两种方法：(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．以下正确的是(　　)‎ 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 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 AD　解析　当障碍物尺寸比工作波段的波长更短时将产生明显衍射现象，故电子显微镜中电子物质波的波长比原子尺寸更小，选项A正确，C错误；电子束运动速度很大，否则对应的波长很长，易发生明显衍射现象，选项B错误；中子的物质波波长若与原子尺寸相当，产生明显衍射现象，可用于研究晶体的原子排列，选项D正确．‎ ‎3．(多选)下列说法正确的是(　　)‎ A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 CD　解析　‎ 4‎ 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，选项A错误；虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，选项B错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，选项C正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，选项D正确．‎ ‎4．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＝6.63×10－34 J·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．10－17 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J C　解析　由λ＝知热中子动量p＝，又因为p2＝2mEk，所以热中子动能Ek＝＝≈4×10－21 J，选项C正确．‎ ‎5．下列说法正确的是(　　)‎ 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 C　解析　物质波是一切运动着的物质所具有的波，与机械波性质不同，选项A错误；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，选项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，选项C正确．‎ ‎6．我们经常可以看到，凡路边施工处总挂着红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光(　　)‎ A．比其他可见光更容易发生衍射 B．比其他可见光的光子能量大 C．比其他可见光更容易发生干涉 D．比其他可见光更容易发生光电效应 A　解析　红光的波长最长，最容易因衍射而穿过大气到达远处，红光的频率最小，故其光子能量是可见光光子能量中最小的，比其他可见光更不容易发生光电效应；虽然红光比其他可见光更容易发生干涉，但这不是使施工更安全的原因，选项A正确．‎ ‎7．(多选)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是(　　)‎ A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性 B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分 4‎ C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象 D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性 CD　解析　干涉和衍射是波特有的现象．由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线有波长变大的成分，并不能证实物质波理论的正确性，即A、B并不能说明粒子的波动性，证明粒子的波动性只能是C、D，选项C、D正确．‎ ‎8．(多选)利用金属晶格(大约为10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速度电压为U，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　)‎ A．该实验说明了电子具有波动性 B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝ C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 AB　解析　得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，选项A正确；德布罗意波波长公式λ＝，而动量p＝＝，两式联立得λ＝，选项B正确；从公式λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，选项C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长较小，衍射现象相比电子不明显，选项D错误．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波．现有一个德布罗意波波长为λ1的物体1和一个德布罗意波波长为λ2的物体2，二者相向正撞后黏在一起，已知|p1|<|p2|，则黏在一起的物体的德布罗意波波长为多少？‎ 解析　由动量守恒定律有p2－p1＝(m1＋m2)v，又p＝，‎ 得－＝，所以λ＝．‎ 答案　 ‎10．光子的动量p与波长λ的关系为p＝，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？‎ 4‎ 解析　(1)由λ＝得p＝，由光子与原子核组成的系统动量守恒，得0＝p－Mv′，‎ 解得v′＝＝．‎ ‎(2)由德布罗意波长公式知λ′＝，‎ 由动量守恒知p＝p′，‎ 所以反冲核运动时物质波波长λ′＝＝＝λ．‎ 答案　(1)　(2)λ ‎11．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　任何物体的运动都对应着一个波长，则有λ＝，‎ 中子的动量为p1＝m1v，‎ 其德布罗意波波长为λ1＝＝＝4×10－10 m．‎ 子弹的动量为p2＝m2v，‎ 其德布罗意波波长为λ2＝＝＝6.63×10－35 m．‎ 答案　4×10－10 m　6.63×10－35 m ‎12．质量为10 g，速度为300 m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？‎ 解析　根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹也必有一种波与之对应．由波长公式可得λ＝＝2.21×10－34 m．‎ 因子弹的德布罗意波波长太短，无法观察到其波动性．不会看到题中所问的现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动．‎ 答案　见解析 4‎