2023高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性45粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立測試新人教版選擇性

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性5粒子的波動(dòng)性和量子力學(xué)的建立【基礎(chǔ)鞏固】1.下列關(guān)于物質(zhì)波的說法正確的是 ()A.實(shí)物粒子與光子都具有波粒二象性,故實(shí)物粒子與光子的本質(zhì)是相同的B.一切運(yùn)動(dòng)著的物體都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系C.機(jī)械波、物質(zhì)波都不是概率波D.實(shí)物粒子的動(dòng)量越大,其波動(dòng)性越明顯,越容易觀察解析:實(shí)物粒子與光子一樣都具有波粒二象性,但實(shí)物粒子與光子的本質(zhì)不相同,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤.任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,大到太陽、地球,小到電子、質(zhì)子,都與一種波相對應(yīng),這就是物質(zhì)波,故選項(xiàng)B正確.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,物質(zhì)波和光波一樣都是概率波,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波公式可知粒子的動(dòng)量越小,波長越長,其波動(dòng)性越明顯,越容易觀察,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:B2.(多選)關(guān)于實(shí)物粒子的波粒二象性,下列說法正確的是 ()A.不僅光子具有波粒二象性,一切運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都具有波粒二象性B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí),沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道C.波動(dòng)性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以實(shí)物粒子不具有波動(dòng)性解析:德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎(chǔ)上提出物質(zhì)波的概念,認(rèn)為一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波粒二象性,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí),都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道,選項(xiàng)B正確.波動(dòng)性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的,選項(xiàng)C正確.答案:ABC3.(多選)關(guān)于物質(zhì)波,下列認(rèn)識正確的是 ()A.任何運(yùn)動(dòng)的物體都對應(yīng)一種波,這種波叫物質(zhì)波B.X射線的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)波假說是正確的C.電子的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)波假說是正確的D.宏觀物體盡管可以看成物質(zhì)波,但無法觀察到其干涉、衍射等現(xiàn)象解析:由德布羅意假說可判斷選項(xiàng)A正確.X射線的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了X射線是波長很短的電磁波,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.電子的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子具有波動(dòng)性,選項(xiàng)C正確.宏觀物體對應(yīng)的物質(zhì)波的波長極短,實(shí)驗(yàn)室無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),選項(xiàng)D正確.答案:ACD4.下列關(guān)于量子力學(xué)的應(yīng)用,錯(cuò)誤的是 ()A.人們了解了固體中電子運(yùn)行的規(guī)律,并弄清了為什么固體有導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體之分B.科學(xué)家們利用半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì)發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件,并結(jié)合激光光刻技術(shù)制造了大規(guī)模集成電路,俗稱“芯片”C.原子鐘利用原子為電磁波校準(zhǔn)頻率,從而實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的高精度測量D.量子力學(xué)可以解釋一切實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解析:量子力學(xué)是描述微觀世界的理論,不適用于宏觀世界,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案:D5.下列說法正確的是 ()A.電子的衍射圖樣表明電子具有粒子性B.粒子的運(yùn)動(dòng)速率增大,其德布羅意波的波長也增大C.為了解釋黑體輻射規(guī)律,愛因斯坦提出了能量量子化的觀點(diǎn)D.黑體輻射中,隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)解析:衍射是波動(dòng)性的特征,電子的衍射圖樣表明電子具有波動(dòng)性,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,物質(zhì)波的波長為λ=hp,知同一粒子的速率越大,動(dòng)量p就越大,物質(zhì)波波長越短,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象,第一次提出了能量量子化理論,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān),溫度越高,黑體輻射的強(qiáng)度越大,隨著溫度的升高,黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),選項(xiàng)D正確答案:D6.X射線是一種高頻電磁波,若X射線在真空中的波長為λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量,則 ()A.E=hλc,p=0B.E=hλcC.E=hcλ,p=0 D.E=hcλ解析:根據(jù)E=hν,λ=hp,c=λν,可得X射線每個(gè)光子的能量為E=hcλ,每個(gè)光子的動(dòng)量為p=答案:D7.(多選)下列說法正確的是 ()A.光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性,光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性,所以我們可以說光具有波粒二象性B.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí),因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量比質(zhì)子的小,所以電子的動(dòng)量就小C.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí),電子的德布羅意波長比質(zhì)子的小D.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí),電子的德布羅意波長比質(zhì)子的大解析:光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,說明了光具有波粒二象性,選項(xiàng)A正確.動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系式為p=2mEk,一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí),由電子的質(zhì)量比質(zhì)子的質(zhì)量小,可知電子的動(dòng)量小,選項(xiàng)B正確.又由λ=答案:ABD8.(2022·廣東東莞)(多選)1927年戴維森和G.P.湯姆孫分別完成了電子束衍射的實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一.如圖所示是該實(shí)驗(yàn)的裝置的簡化圖,下列說法正確的是()A.亮條紋說明電子不是沿直線運(yùn)動(dòng)的B.該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性解析:亮條紋處是電子能到達(dá)的地方,故A正確;電子是實(shí)物粒子,能發(fā)生衍射現(xiàn)象,說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,物質(zhì)波理論是正確的,不能說明光子的波動(dòng)性,故B、D正確,C錯(cuò)誤.答案:ABD9.已知銫的逸出功為W0=1.9eV,現(xiàn)用波長為4.3×107m的入射光照射金屬銫.已知真空中的光速c=3.0×108m/s,電子的質(zhì)量為m=0.91×1030kg,電子電荷量為1.6×1019C,普朗克常量h=6.626×1034J·s.(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)?(2)若能發(fā)生光電效應(yīng),求光電子的德布羅意波長的最小值.解析:(1)入射光子的能量E=hν=hcλ=6.626×1034×3.0由于E=2.9eV>W0,所以能發(fā)生光電效應(yīng).(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能Ek=hνW0=1eV=1.6×1019J,而光電子的最大動(dòng)量p=2m則光電子的德布羅意波長的最小值λmin=hp=6.626×10答案:(1)能(2)1.2×109m【拓展提高】10.(多選)現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為,光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性.下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是 ()A.一定頻率的光照射到鋅板上,光的強(qiáng)度越大,單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B.肥皂液是無色的,吹出的肥皂泡卻是彩色的C.質(zhì)量為103kg、速度為102m/s的小球,其德布羅意波長約為1028m,不過我們能清晰地觀測到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡D.人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu),因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距大致相同解析:說明光和粒子具有波動(dòng)性的是干涉和衍射,選B、D.而光電效應(yīng)說明光具有粒子性,宏觀物體的波動(dòng)性極不明顯,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤.答案:BD11.(多選)為了觀察晶體的原子排列,可以采用下列方法:(1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡(電子的物質(zhì)波波長很短,能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,電子顯微鏡的分辨率高);(2)利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣,進(jìn)而分析出晶體的原子排列.下列分析正確的是 ()A.電子顯微鏡所利用的電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多B.電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小C.要獲得晶體的X射線衍射圖樣,X射線波長要遠(yuǎn)小于原子的尺寸D.中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當(dāng)解析:由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短,能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知,電子的物質(zhì)波的波長比原子的尺寸小得多,選項(xiàng)A正確.由λ=hp知,電子的速度越大,動(dòng)量也就越大,其物質(zhì)波波長也就越短,電子顯微鏡的分辨率也就越高,電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度不應(yīng)很小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知,中子的物質(zhì)波或X射線的波長與原子尺寸相當(dāng),選項(xiàng)D正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤答案:AD12.現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu),為滿足測量要求,將電子顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長設(shè)定為dn,其中n>1,已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e,電子的初速度不計(jì),則電子顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為(A.n2h2med2解析:德布羅意波長λ=hp,p是電子的動(dòng)量,則p=mv=2meU,而λ=dn,代入得U=答案:D13.(2021·浙江卷)已知普朗克常量h=6.63×1034J·s,電子的質(zhì)量為9.11×1031kg.一個(gè)電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同的動(dòng)能,則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為 ()A.108 B.106C.108 D.1016解析:動(dòng)能Ek=p22m,德布羅意波長λ=hp,由以上兩式解得λ=h2ρ·43πD23m答案:C14.任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與之對應(yīng),波長是λ=hp,式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h是普朗克常量,人們把這種波叫德布羅意波.現(xiàn)有一個(gè)德布羅意波長為λ1的物體1和一個(gè)德布羅意波長為λ2的物體2相向正碰后粘在一起,已知|p1|<|p2|,則粘在一起的物體的德布羅意波長為 (A.λ1+λ22 B.λ1解析:由動(dòng)量守恒p2p1=p知,hλ2hλ1=hλ,所以答案:D【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】15.科學(xué)家設(shè)想在未來的航天事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船,飛船總質(zhì)量為m,設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n,光子平均波長為λ,太陽帆面積為S,反射率100%,太陽光垂直射到太陽帆上.(1)求飛船加速度a的表達(dá)式.(2)若太陽帆是黑色的,飛船的加速度又為多少?解析:(1)光子垂直射到太