2024-2025學(xué)年高中物理第十七章4概率波5不確定性關(guān)系練習(xí)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE54概率波5不確定性關(guān)系基礎(chǔ)鞏固1.下列說(shuō)法正確的是()A.概率波就是機(jī)械波B.物質(zhì)波是一種概率波C.概率波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的,都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D.在光的雙縫干涉試驗(yàn)中,若有一個(gè)光子,則能確定這個(gè)光子落在哪個(gè)點(diǎn)上解析:概率波與機(jī)械波是兩個(gè)概念,本質(zhì)不同,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;物質(zhì)波是一種概率波,符合概率波的特點(diǎn),選項(xiàng)B正確;光的雙縫干涉試驗(yàn)中,若有一個(gè)光子,這個(gè)光子的落點(diǎn)是不確定的,但有概率較大的位置,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:B2.下列各種波是概率波的是()A.水波 B.電磁波C.繩波 D.物質(zhì)波解析:水波、繩波是機(jī)械波,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。電磁波是一種能量波,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。由概率波的概念和物質(zhì)波的特點(diǎn)分析可以得知物質(zhì)波是概率波,故選項(xiàng)D正確。答案:D3.(多選)依據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥h4A.實(shí)行方法提高測(cè)量Δx精度時(shí),Δp的精度下降B.實(shí)行方法提高測(cè)量Δx精度時(shí),Δp的精度上升C.Δx與Δp測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備有關(guān)D.Δx與Δp測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān)解析:不確定性關(guān)系表明無(wú)論采納什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè),必定引起另一個(gè)較大的不確定性,這樣的結(jié)果與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān)。無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法,都不行能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度,故選項(xiàng)A、D正確。答案:AD4.(多選)為了驗(yàn)證光的波粒二象性,在雙縫干涉試驗(yàn)中將光屏換成照相底片,并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度。下列說(shuō)法正確的是()A.使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的狹縫,假如時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B.使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的狹縫,假如時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣C.大量光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯示出光的粒子性D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示出光的粒子性解析:單個(gè)光子運(yùn)動(dòng)具有不確定性,但落點(diǎn)的概率分布遵循肯定規(guī)律,顯示出光的波動(dòng)性。使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫,假如時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上會(huì)出現(xiàn)明顯的干涉圖樣,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;由光的波粒二象性知,個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)顯示出光的粒子性,選項(xiàng)D正確。答案:AD5.用顯微鏡觀看微小結(jié)構(gòu)時(shí),由于受到衍射現(xiàn)象的影響而視察不清,因此視察越細(xì)小的結(jié)構(gòu),就要求波長(zhǎng)越短,即波動(dòng)性越弱。在加速電壓值相同的狀況下,電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的辨別本事,下列判定正確的是()A.電子顯微鏡辨別本事較強(qiáng)B.質(zhì)子顯微鏡辨別本事較強(qiáng)C.兩種顯微鏡辨別本事相同D.兩種顯微鏡辨別本事不便比較解析:在電場(chǎng)中加速eU=12mv2=p22m,又由物質(zhì)波公式λ=答案:B6.(多選)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥h4A.微觀粒子的動(dòng)量不行能確定B.微觀粒子的坐標(biāo)不行能確定C.微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不行能同時(shí)確定D.不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子,也適用于其他宏觀粒子解析:不確定性關(guān)系ΔxΔp≥h4π表示確定位置、動(dòng)量的精度互相制約,此消彼長(zhǎng),當(dāng)粒子位置的不確定性變小時(shí),粒子動(dòng)量的不確定性變大;當(dāng)粒子位置的不確定性變大時(shí),粒子動(dòng)量的不確定性變小,故不能同時(shí)精確答案:CD7.(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性,下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A.電子束通過(guò)雙縫試驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B.β射線在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的徑跡C.人們利用慢中子衍射來(lái)探討晶體的結(jié)構(gòu)D.人們利用電子顯微鏡代替光學(xué)顯微鏡來(lái)觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E.光電效應(yīng)試驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)解析:干涉、衍射是波具有的特性,A、C項(xiàng)正確;β射線在云室中留下徑跡是由于其電離作用,與波動(dòng)性無(wú)關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于存在衍射現(xiàn)象,且波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射越明顯,所以衍射現(xiàn)象限制了顯微鏡的辨別本事,高速電子束的物質(zhì)波波長(zhǎng)比可見光的波長(zhǎng)小得多,所以人們研制出電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),D項(xiàng)正確;光電效應(yīng)只體現(xiàn)了光的粒子性,E項(xiàng)錯(cuò)誤。本題符合要求的是A、C、D選項(xiàng)。答案:ACD8.一輛摩托車以20m/s的速度向墻沖去,車身和人共重100kg,則車撞墻時(shí)的不確定范圍是怎樣的?解析:依據(jù)不確定關(guān)系ΔxΔp≥h4π得Δx≥h4πΔp=6.626×答案:大于等于2.64×10-38m實(shí)力提升1.(多選)物理學(xué)家做了一個(gè)好玩的試驗(yàn):在雙縫干涉試驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減弱光波的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,試驗(yàn)結(jié)果表明,假如曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn);假如曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。對(duì)這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果,下列相識(shí)正確的是()A.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),光子的能量太小,底片上的條紋看不清晰,故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C.干涉條紋中光明的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動(dòng)性解析:曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),少量光子表現(xiàn)出粒子性,使底片上出現(xiàn)了不規(guī)則的點(diǎn),而曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí),大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性,底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。綜上所述選項(xiàng)B、C、D正確。答案:BCD2.從衍射的規(guī)律可以知道,狹縫越窄,屏上中心亮條紋就越寬,由不確定性關(guān)系式ΔxΔp≥h4A.入射的粒子有確定的動(dòng)量,射到屏上粒子就有精確的位置B.狹縫的寬度變小了,因此粒子的不確定性也變小了C.更窄的狹縫可以更精確地測(cè)得粒子的位置,但粒子動(dòng)量的不確定性卻更大了D.可以同時(shí)確定粒子的位置和動(dòng)量解析:由ΔxΔp≥h4π,狹縫變小了,即Δx減小了,Δp變大,即動(dòng)量的不確定性變大,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)A、答案:C3.在雙縫干涉試驗(yàn)中若采納的光源特別弱,感光膠片曝光后的狀況是()A.若曝光時(shí)間極短,圖像顯示出光的波動(dòng)性B.若曝光時(shí)間極短,圖像顯示出光的粒子性C.無(wú)論曝光時(shí)間長(zhǎng)短,都可以在感光膠片上得到明顯的干涉條紋D.無(wú)論曝光時(shí)間長(zhǎng)短,圖像都呈現(xiàn)不規(guī)則分布答案:B4.(多選)在驗(yàn)證光的波粒二象性的試驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是()A.使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)單縫,假如時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上會(huì)出現(xiàn)衍射圖樣B.單個(gè)光子通過(guò)單縫后,底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣C.光子通過(guò)單縫的運(yùn)動(dòng)路途像水波一樣起伏D.單個(gè)光子通過(guò)單縫后打在底片上的狀況呈現(xiàn)出隨機(jī)性,大量光子通過(guò)單縫后打在底片上的狀況呈現(xiàn)出規(guī)律性答案:AD5.★經(jīng)150V電壓加速的電子束沿同一方向射出,穿過(guò)鋁箔后射到其后的屏上,則()A.全部電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同B.全部電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)均相同C.電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定D.電子到達(dá)屏上的位置受波動(dòng)規(guī)律支配,無(wú)法用確定的坐標(biāo)來(lái)描述它的位置解析:電子屬于微觀粒子,由不確定關(guān)系可知選項(xiàng)A、B、C均錯(cuò)誤,電子被加速后其德布羅意波波長(zhǎng)λ=hp=h2emeU≈1×答案:D6.電視顯像管中的電子的加速電壓為10kV,電子槍的槍口直徑設(shè)為0.01cm,試求電子射出電子槍后的橫向速度的不確定量(h=6.63×10-34J·s)。解析:電子的橫向位置不確定量Δx=0.01cm,由不確定關(guān)系式得Δvx≥h4πmΔx=答案:0.58m/s7.★20世紀(jì)20年頭,劍橋高校學(xué)生G.泰勒做了一個(gè)試驗(yàn):在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、被煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片,整個(gè)裝置如圖所示。小燈泡發(fā)出的光通過(guò)熏黑的玻璃后變得特別微弱,經(jīng)過(guò)三個(gè)月的曝光,在底片上針尖影子四周才出現(xiàn)特別清晰的衍射條紋。泰勒對(duì)這照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量,得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10-13J(h=6.63×10-34J·s)。(1)假如起作用的光波波長(zhǎng)約500nm,計(jì)算從一個(gè)光子到下一光子到達(dá)底片所相隔的平均時(shí)間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離;(2)假如當(dāng)時(shí)試驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)為1.2m,依據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果,能否找到支持光的概率波的證據(jù)?解析:(1)對(duì)于λ=500nm的光子能量為ε=hν=h·cλ=4.0×10-19J因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為n=假如光子是依次到達(dá)底片的,則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是Δt=1ns=11.25×106s兩相鄰光子間平均距離為x=cΔt=3.0×108×8.0×10-7m=240m。(2)由(1)的計(jì)算結(jié)果可知,兩光子