4.5不确定关系 课时练（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 课时练（解析版）
1．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
2．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
3．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
4．下列说法正确的是（　　）
A．光子相当于高速运动的质点
B．光的直线传播只是宏观近似规律
C．电子和其他微粒的物质波不是概率波
D．光子与电子是同样的一种粒子
5．大量偶然事件的整体表现所显示的规律性，叫做统计规律。图所示的容器中，上部规则地布有许多铁钉，下部用隔板分割成许多等宽的狭槽，大量的小球可通过其上方漏斗形入口落下，装之前有玻璃板段盖，使小球最终落在槽内。让大量小球从上方漏斗形入口落下，以阴影表示最终落在槽内左右小球的分布形状，应是（　　）
A．B．C． D．
6．下列说法中正确的是（　　）
A．光是一种概率波，物质波也是概率波
B．麦克斯韦首次通过实验证实了电磁波的存在
C．某单色光从一种介质进入到另一种介质，其频率和波长都将改变
D．紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射
7．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
8．下列说法正确的是（　　）
A．核力是短程力，只存在于相邻的核子之间
B．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．在双缝干涉实验中，光屏上的暗条纹区域没有光子到达
D．在微观物理学中，粒子没有动量
9．以下说法正确的是（　　）
A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动，位置和动量不能同时精确测定，
B．微观粒子本身也蕴含波动性，波动波长
C．频率越高的电磁波波动性越强，单个光量子的能量越大
D．光的双缝干涉的亮条纹就是按照波动理论计算的加强区，是光子到达概率大的地方，这是光子间的相互作用的结果
10．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
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
11．下列说法中正确的是(　　)
A．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性
B．卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型
C．光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定
D．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量
12．由不确定性关系可以得出的结论是（ ）
A．如果动量的不确定范围越小，则与它对应位置坐标的不确定范围就越大
B．如果位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大
C．动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数
D．动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一的确定关系
13．如图所示分别为100多个、3000多个、70000多个电子通过双缝后的干涉图样，则（　　）
A．图样是因为电子之间相互作用引起的
B．假设现在只让一个电子通过单缝，那么该电子一定落在亮纹处
C．图样说明电子已经不再遵守牛顿运动定律
D．根据不确定性关系，不可能同时准确地知道电子的位置和动量
14．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是(　)
A．单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量Δp小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp就不能忽略
C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故
D．以上解释都是不对的
15．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性
16．20世纪20年代，剑桥大学学生G·泰勒做了一个实验，在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是．已知光速．
（1）假如起作用的光波波长约为500nm，计算从一个光子到来和下一光子到来所相隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离；
（2）如果当时实验用的箱子长1.2m，根据（1）的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？
17．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。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。
参考答案
1．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。
2．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。
3．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。
4．B
【详解】
A．质点是用来代替物体的有质量的点，具有一定质量但不计形状和体积。而光子静止质量为零，速度为光速，因此不能说光子相当于高速运动的质点，选项A错误；
B．根据光的性质可知，光的直线传播只是宏观近似规律，选项B正确；
C．光波和物质波都是概率波，选项C错误；
D．光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的实物粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
让大量小球从上方漏斗形入口落下，显示出规律性，按正态分布，落在槽内左右小球的分布形状如D所示。
故选D。
6．A
【详解】
A．光是一种概率波，物质波也是概率波，A正确；
B．麦克斯韦预言了电磁波的，赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在，B错误；
C．某单色光从一种介质进入到另一种介质，其频率由波源决定，不会改变，但波长将改变，C错误；
D．入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应，红光的频率小于紫光的频率，故紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时不一定有电子向外发射，D错误。
故选A。
7．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．
8．A
【详解】
A．核力是短程力，作用范围在，原子核的半径数量级在，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核能稳定存在的原因，故A正确；
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．光波是概率波，其个别光子的行为是随机的，光子到达暗条纹处的概率很小，但也有光子到达暗条纹处，到达明条纹处的概率很大，故C错误；
D．在微观物理学中，粒子具有动量，动量为
故D错误。
故选A。
9．B
【详解】
A．微观粒子的动量和位置不能同时精确确定，这也就是决定不能用“轨道”观点来描述粒子的运动，但
故A错误；
B．微观粒子本身也蕴含波动性，波动波长为，故B正确；
C．频率越高的电磁波能量越大，但波动性越弱，故C错误；
D．在光的双缝干涉中减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地达到光屏，经过足够长时间，仍然发现相同干涉条纹，表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故D错误；
故选B。
10．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。
11．B
【详解】
A、实物粒子只具有粒子性，也具有波动性，只不过不明显，故选项A错误；
B、卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型，故选项B正确；
C、光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量具有不确定性，故选项C错误；
D、在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量较集中，故选项D错误；
【点睛】
实物粒子只具有粒子性，也具有波动性，卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型，光波是概率波．
12．C
【详解】
由不确定性关系可知，不能同时确定动量和坐标，二者没有唯一关系，其他三个选项只说明了其中的某个方面，而没有对不确定关系作进一步的认识，故C正确，ABD错误。
故选C。
13．CD
【详解】
A．根据图样可知，是因为电子的波动性引起的干涉图样，故A错误；
B． 根据概率波的概念，对于一个电子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在亮纹处，故B错误；
C．根据图样可知，电子已经不再遵守牛顿运动定律，故C正确；
D． 根据不确定性关系，不可能同时准确地知道电子的位置和动量，故D正确。
故选CD。
14．ABC
【详解】
A. 单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量△x大，动量不确定量△p小，可以忽略，故A正确。
B. 能发生衍射现象时，动量不确定量△p，较大，则就不能忽略，故B正确；
C. 单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故，故C正确；
D. 由上分析可知，D错误；
15．AD
【详解】
A．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正确；
B．单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上才会出现完整的衍射图样，故B错误；
C．光的波动性不同于宏观意义的波，是一种概率波，C错误；
D．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AD．
【名师点睛】
光的波粒二象性是指光既具有波动性又有粒子性，少量粒子体现粒子性，大量粒子体现波动性；单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上才会出现完整的衍射图样．
16．（1）； 240m（2）见解析
【详解】
（1）的光子能量为
因每秒到达底片的光子数为
个个
如光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间隔是
两相邻光子间平均距离为
．
（2）由（1）的计算结果可知，两光子间距有240m，而箱子长只有1.2m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动．这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达概率较大的区域，而暗区是光子到达概率较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点．
17．(1)a．，b．
【详解】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