4.5不确定关系 达标练习（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
4.5不确定关系 达标练习（解析版）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．电磁波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
B．只要增大入射光强度，就一定能发生光电效应
C．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目不变
D．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方
2．下列说法中不正确的是（ ）
A．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
B．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
C．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
D．光电效应现象揭示了光的粒子性
3．关于不确定性关系，下列说法中正确的是（ ）
A．不能精确地测定微观粒子的动量
B．不能同时精确地测定微观粒子的位置和动量
C．不能精确地测定宏观物体的动量
D．对于宏观物体若要比较准确地测量其动量，则其位置无法测量
4．下列关于物理学史和事实的说法正确的是（　　）
A．卢瑟福α粒子散射实验的规律说明原子很小
B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
C．法拉第发现了电磁感应现象，揭示了导线通电时附近小磁针发生偏转的原因
D．汤姆生通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷
5．关于物质波下列说法中正确的是（　　）
A．实物粒子与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
B．物质波是概率波，光波是电磁波也是概率波
C．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
D．粒子的动量越小，其波动性越不易观察
6．下列有关说法不正确的是（　　）
A．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间
B．根据玻尔原子理论原子辐射或吸收光子的能量都要满足频率条件
C．根据不确定性关系，微观粒子的动量或位置不能确定
D．比结合能越小，原子核中核子结合得越不牢固，原子核越不稳定
7．下列说法正确的是（　　）
A．低温物体不会向外辐射电磁波 B．光波是一种概率波
C．光只具有波动性 D．光只具有粒子性
8．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射强度与波长有关，温度升高，各种波长的辐射都有增加，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动。普朗克在对黑体辐射的研究时，提出了光子的假说
B．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性
C．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
D．光波是一种概率波。光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的，这是光子自身的固有性质
9．下列关于微观粒子的波粒二象性的认识，错误的是（　　）
A．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹
B．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定
C．大量光子表现出波动性，此时光子仍具有粒子性
D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
10．下列说法中不正确的是（　　）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
C．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
D．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
11．在用单缝衍射实验验证光的波粒二象性的实验中，下列说法中正确的是(　 　)
A．使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上也不会显示衍射图样
B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过狭缝后的运动路径是直线
D．光的波动性是大量光子运动的规律
12．下列说法中正确的是（ ）
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以热体一定是黑的
B．随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都会增加,另一方辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量抟移给电子, 因此光子散射后波长变短
D．根椐海森伯提出的不确定性关系可知，不可能同时准确地测定微观粒子没有准确的位置和动量
13．1927年，戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一、如图甲所示是该实验装置的简化图，如图乙所示为电子束的衍射图样，下列说法正确的是（　　）
A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
14．下列关于概率波的说法中，正确的是（ ）
A．概率波就是机械波
B．物质波是一种概率波
C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，光子出现概率较大的区域呈现亮条纹，光子出现概率较小的区域呈现暗条纹
15．北京时间2019年4月10日晚9时许，全球多地天文学家同步公布首张黑洞真容。
(1)已知M87星系黑洞的质量为M1.051040kg，万有引力常量为G 61011，取距黑洞无穷远处为零势能面，引力势能表达式为。
a．某探测器质量为m，以速度v于距离黑洞中心为R处发射，此时恰能脱离黑洞引力场，求R的表达式；
b．施瓦西半径（即视界半径）指光子在某天体引力作用下的逃逸半径，黑洞的施瓦西半径往往大于其内部天体的半径。已知光速为c3108m/s，请根据R的表达式直接写出M87星系黑洞的施瓦西半径Rs的表达式，并计算出Rs的值。
(2)根据海森堡不确定原理，真空中的任意位置均有概率发生一对正粒子与反粒子的创生，这对粒子被称为虚粒子对，虚粒子对会在极短时间内相撞湮灭而“归还”能量，宏观上该区域没有能量变化。假设在黑洞视界表面的虚粒子对均为正反光子，若光子能量为E，当E>E0时，反光子会落入视界，而光子会逃逸，产生霍金辐射。已知黑洞视界半径为Rs，在黑洞视界表面单位面积单位时间上发生光子创生的次数为n，发生创生的光子的频率为从ν1到ν2的任意频率，且每种频率的光子发生创生的几率均等。已知普朗克常量h，hν1a．请定性地画出光子的能量E随频率ν变化的图像；
b．求M87星系黑洞的霍金辐射功率P的表达式（用题中给出的物理量E0、n、h、ν1、ν2、Rs表示）。
16．在单缝衍射实验中，若单缝宽度是，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？（普朗克常量）
参考答案
1．D
【详解】
A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质，则电磁波和机械波的本质是不一样的，但是都能发生干涉和衍射现象，所以A错误；
B．只要增大入射光强度，不一定能发生光电效应，因为发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，则与入射光的强度无关，所以B错误；
C．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目增大，所以C错误；
D．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方，所以D正确；
故选D。
2．B
【详解】
A．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是一份一份的，如果让光通过一个很窄的狭缝，狭缝只能让光子一个一个的通过，打到感光胶片上，则在感光胶片上出现一些随机亮点，长时间曝光会出现明暗相间的条纹，亮纹表明光子到达的概率大，而暗纹表明光子到达的概率小，因此光波是一种概率波，A正确；
B．康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量，B错误；
C．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性，后来通过电子的衍射图案证明了该理论的正确性，C正确；
D．光电效应现象揭示了光的粒子性，D正确。
故不正确的选B。
3．B
【详解】
不确定性原理表明，在微观世界，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式
故选B。
4．D
【详解】
A.卢瑟福α粒子散射实验的规律说明了原子具有核式结构，故A项与题意不符；
B.光是一种几率波，在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子能到达机率很小的地方，故B项与题意不符；
C.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了导线通电时附近小磁针发生偏转的原因，故C项与题意不符；
D.汤姆生通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，故D项与题意不符．
5．B
【详解】
AC．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是同一种物质，AC错误；
B．根据德布罗意的物质波理论，物质波和光波一样都是概率波，B正确；
D．根据德布罗意的物质波理公式可知，粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，故A正确；
B．根据玻尔原子理论原子辐射或吸收光子的能量都要满足频率条件为
故B正确；
C．根据不确定关系可知，微观粒子的动量和位置不能同时确定，故C错误；
D．比结合能越小，原子核中核子结合得越不牢固，原子核越不稳定，故D正确；
不正确的故选C。
7．B
【详解】
A．一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，故A错误；
BCD．光具有波粒二象性，是一种概率波，故B正确，CD错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．根据黑体辐射的规律可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会増加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；
C．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这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故C正确；
D．波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．根据不确定关系，微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，故A正确；
B．单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，故B错误；
C．波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，故C正确；
D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故D正确。
由于本题选择错误的，故选B。
10．C
【详解】
A．光电效应现象说明了光是一份一份的，因此揭示了光的粒子性，A正确；
B．德布罗意最先提出了物质波，他认为既然波具有粒子性，粒子也应该具有波的性质，而且给出波长与动量的关系为
B正确；
C．康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量，C错误；
D．光波不同于宏观概念中那种连续的波，大量光子表现出波动性，少量光子表现粒子性，因此它是一种概率波，D正确。
故不正确的选C。
11．D
【详解】
使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其它地方机会较少．因此会出现衍射图样，故A错误；单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上会出现完整的衍射图样，故B错误；光子通过狭缝后要发生衍射，则其运动路径不是直线，选项C错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D正确．故选D．
12．BD
【解析】
能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故A错误；随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都会增加，另一方辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即温度越高，波长越短，辐射强度越强，故B正确；康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，部分动量转移给电子，则光子的动量减小，由可知光子的波长变长，故C错误；由不确定性关系可知，微观粒子没有准确的位置和动量，故D正确．所以BD正确，AC错误．
13．ABD
【详解】
BCD．电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；
A．物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。
故选ABD。
14．BD
【详解】
A．德布罗意波是概率波，它与机械波是两个不同的概念，两者的本质不同，A错误；
B．物质波也就是德布罗意波，指粒子在空间中某点某时刻出现的概率符合一定的统计规律，B正确；
C．概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但其本质是不一样的，C错误；
D．在光的双缝干涉实验中，光子出现概率较大的区域呈现亮条纹，光子出现概率较小的区域呈现暗条纹，D正确．
故选BD.
15．(1)a．，b．；(2)a．，
【详解】
(1)a．由能量守恒得
解得
b．由题意有，由可得M87星系黑洞的施瓦西半径
(2)a．光子能量为，其为普朗克常量，则光子的能量E随频率ν变化的图像如图所示
b．由题意可知频率为的光子发生创生，球的表面积为，则有
16．
【详解】
单缝宽度是光子经过狭缝的位置不确定量，即
由可得
解得
．