2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波動性課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5粒子的波動性時間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，則該試驗(D)A．只能證明光具有波動性B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射D．證明光具有波粒二象性解析：弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明白光具有波動性，驗電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，則證明白光具有粒子性，所以該試驗證明白光具有波粒二象性，選項D正確．2.如圖所示為物理學(xué)家利用“托馬斯·楊”雙縫干涉試驗裝置進(jìn)行電子干涉的試驗示意圖．從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋，該試驗說明(C)A．光具有波動性B．光具有波粒二象性C．微觀粒子也具有波動性D．微觀粒子也是一種電磁波解析：本題考查電子能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，表明電子具有波動性．干涉現(xiàn)象是波的特征，電子是微觀粒子，它能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，表明電子等微觀粒子具有波動性．但此試驗不能說明電子等微觀粒子的波就是電磁波．3．頻率為ν的光子，具有的能量為hν，動量為eq\f(hν,c)，將這個光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原來的運動方向，這種現(xiàn)象稱為光的散射．散射后的光子(D)A．變更原來的運動方向，但頻率保持不變B．光子將從電子處獲得能量，因而頻率將增大C．散射后的光子運動方向?qū)⑴c電子運動方向在一條直線上，但方向相反D．由于電子受到碰撞時會汲取光子的一部分能量，散射后的光子頻率低于入射前光子的頻率解析：由于電子的能量增加，光子的能量削減，所以光子的頻率降低．4．電子顯微鏡的最高辨別率高達(dá)0.2nm，假如有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度狀況下，質(zhì)子顯微鏡的最高辨別率將(A)A．小于0.2nm B．大于0.2nmC．等于0.2nm D．以上說法均不正確解析：顯微鏡的辨別實力與波長有關(guān)，波長越短其辨別實力越強(qiáng)，由λ＝eq\f(h,p)知，假如把質(zhì)子加速到與電子相同的速度，質(zhì)子的波長更短，辨別實力更高．5．近年來，數(shù)碼相機(jī)家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個特別重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可以理解為(D)A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)出光具有粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性解析：數(shù)碼相機(jī)拍出的照片不是白點，不能顯示光的粒子性，A錯誤；光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關(guān)，B錯誤；大量光子表現(xiàn)出光具有波動性，C錯誤；光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，D正確．故選D.6．下列關(guān)于德布羅意波的相識，正確的說明是(C)A．任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證明白物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C．電子的衍射證明白物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動性解析：運動的物體才具有波動性，A項錯．宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動性，D項錯；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證明物質(zhì)波的存在，B項錯．只有C項正確．7．對光的相識，以下說法中正確的是(ABD)A．個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的個別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項有A、B、D.8．依據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是(BD)A．微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性B．宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C．宏觀物體的波動性不易被人視察到是因為它們的波長太長D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯解析：一切運動的物體都有一種物質(zhì)波與之對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性，A錯誤，B正確．宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，不易視察到它的波動性，C錯誤．速度相同的質(zhì)子與電子相比，電子的質(zhì)量小，物質(zhì)波波長更長，所以電子的波動性更明顯，D正確．9．利用電子顯微鏡可以視察晶體的排列；利用X射線或中子束也能得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列．則下列分析中正確的是(AD)A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多B．電子顯微鏡中電子束運動的速度應(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．利用中子束獲得晶體的衍射圖樣，中子的物質(zhì)波的波長要與原子尺寸相當(dāng)解析：由發(fā)生衍射的條件可知，電子顯微鏡中，電子的物質(zhì)波波長比原子小許多，則它的動量很大，速度也很大，A正確，B錯誤．中子的物質(zhì)波或X射線的波長與原子尺寸最接近，C錯誤，D正確．二、非選擇題10．高速電子流射到固體上，可產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的最大頻率由公式hνm＝Ek確定，Ek表示電子打到固體上時的動能．設(shè)電子經(jīng)過U＝9000V高壓加速，已知電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg，電子電量e＝1.60×10－19(1)加速后電子對應(yīng)的德布羅意波長；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長及一個光子的最大動量．答案：(1)1.3×10－11m(2)1.4×10－10m4.8×10－24解析：(1)由動能定理eU＝Ek，動量與動能關(guān)系p＝eq\r(2mEk)及動量與波長關(guān)系p＝eq\f(h,λ)得λ＝eq\f(h,\r(2meU))＝eq\f(6.626×10－34,\r(2×9.1×10－31×1.6×10－19×9×103))m≈1.3×10－11m(2)產(chǎn)生的X射線最大頻率νm＝eq\f(Ek,h)＝eq\f(eU,h)，對應(yīng)的最短波長λmin＝eq\f(c,νm)＝eq\f(hc,eU)＝eq\f(6.626×10－34×3×108,1.6×10－19×9×103)m≈1.4×10－10m，一個光子的最大動量pm＝eq\f(h,λmin)＝eq\f(hνm,c)＝eq\f(eU,c)＝eq\f(1.6×10－19×9×103,3×108)kg·m/s＝4.8×10－24kg11．電子和光一樣具有波動性和粒子性，它表現(xiàn)出波動的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時會產(chǎn)生衍射一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動叫物質(zhì)波．質(zhì)量為m的電子以速度v運動時，這種物質(zhì)波的波長可表示為λ＝eq\f(h,mv).電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.626×10－34J·s.(1)計算具有100eV動能的電子的動量p和物質(zhì)波波長λ.(2)若一個靜止的電子經(jīng)2500V電壓加速，求能量和這個電子動能相同的光子波長，并求該光子的波長與這個電子的物質(zhì)波波長之比．答案：(1)5.4×10－24kg·m/s1.2×10－(2)5.0×10－10m解析：(1)p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2×9.1×10－31×100×1.6×10－19)kg·m/s≈5.4×10－24kgλ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(6.626×10－34,5.4×10－24)m≈1.2×10－10m(2)由hc/λ＝Ek′＝2500eV＝4.0×10－16J，得光子波長λ＝eq\f(6.626×10－34×3×108,4.0×10－16)m≈5.0×10－10m.電子動量p′＝mv′＝eq\r(2mEk′)＝eq\r(2×9.1×10－31×2500×1.6×10－19)kg·m/s≈2.7×10－23kg電子波長λ′＝eq\f(h,mv′)≈2.5×10－11m，則eq\f(λ,λ′)＝20.12．2011年5月15日國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽上海站在上海八萬人體育場上演，在引人矚目的男子110米欄競賽中，劉翔采納七步上欄新技術(shù)以13秒07的成果奪