4.4德布罗意波 课时练习（word 解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
4.4德布罗意波 课时练习（解析版）
1．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则（ ）
A．，p=0 B．，
C．，p=0 D．，
2．下列说法正确的是（　　）
A．质子由于带正电，质子间的核力表现为斥力
B．原子核衰变放出的三种射线中，α粒子的穿透能力最强
C．电子的衍射图样证实了电子的波动性
D．铀核发生链式反应后能自动延续下去，维持该反应不需要其他条件
3．下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布，与黑体的温度无关
B．爱因斯坦首次提出能量量子假说，成功解释了黑体辐射规律
C．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性
D．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
4．关于光的理解，下列正确的是（ ）
A．光电效应和康普顿效应都表明光具有粒子性
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．德布罗意是历史上第一个实验验证了物质波存在的人
D．牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说本质上是一样的
5．下列说法符合事实的是（　　）
A．库仑通过扭称实验测量出静电力常量
B．法拉第通过实验发现了电磁感应现象并得出法拉第电磁感应定律
C．麦克斯韦通过一系列实验证实了关于光的电磁理论
D．戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验证实了实物粒子具有波动性
6．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。关于对物理学发展过程中的认识，说法不正确的是（ ）
A．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
B．波尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的成因
C．卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常量，被誉为能“称出地球质量的人”
D．伽利略利用理想斜面实验，使亚里士多德“重的物体比轻的物体下落的快”的结论陷入困境
7．为了观察到纳米级的微小结构，需要分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。有关电子显微镜的说法正确的是( )
A．它利用了电子物质波的波长比可见光短，因而不容易发生明显衍射
B．它利用了电子物质波的波长比可见光长，因而不容易发生明显衍射
C．它利用了电子物质波的波长比可见光短，因而更容易发生明显衍射
D．它利用了电子物质波的波长比可见光长，因而更容易发生明显衍射
8．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
B．高速运动的质子、中子和电子都不具有波动性
C．卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说
D．核反应方程中的为质子
9．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，波长，式中h为普朗克常量，p为运动物体的动量，人们把这种波叫做德布罗意波，现有一德布罗意波波长为λ1的中子和一个德布罗意波波长为λ2的氘核相向对撞后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（　　）
A． B． C． D．
10．如图是氢原子能级图，大量处在激发态 n=5 能级的氢原子向低能级跃迁，a是从 n=4 能级跃迁到 n=2 能级产生的光，b 是从 n=5 能级跃迁到 n=3 能级产生的光。则（　　）
A．在相同的双缝干涉实验装置中，a 光产生的干涉条纹比 b 光更宽
B．在同样的玻璃中，a 光的传播速度大于 b 光的传播速度
C．用 a 光和 b 光分别照射逸出功为 1.36eV 的某金属时，都能发生光电效应
D．a 光和 b 光的光子动量之比为 255∶97
11．下列有关波粒二象性的说法中正确的是（　　）
A．爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念
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．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，选出的光电子最大初动能增加
12．“4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代．4G所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109）， 而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（　　）
A．光子能量较小 B．光子动量较大
C．在真空中传播速度更大 D．遇到障碍物更容易发生衍射现象
13．中国散裂中子源项目由中国科学院和广东省共同建设，选址于广东省东莞市大朗镇，截止到2019年8月23日正式投入运行1年。散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具，如一台“超级显微镜”，可以研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构。下列关于中子的说法正确的是（ ）
A．卢瑟福预言了中子的存在，并通过实验发现了中子
B．原子核中的中子与其他核子间无库仑力，但有核力，有助于维系原子核的稳定
C．散裂中子源中产生的强中子束流可以利用电场使之慢化
D．若散裂中子源中的中子束流经慢化后与电子显微镜中的电子流速度相同，此时中子的物质波波长比电子的物质波波长短
14．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（ ）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．黑体辐射的实验规律可用光的波动规律解释
C．电子束通过双缝实验装置后形成干涉图样说明电子具有波动性
D．一个动量为p的电子对应的物质波波长为hp（h为普朗克常量）
15．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（ ）
A．光电效应现象揭示了光具有粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．康普顿效应揭示了光具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
16．电子质量，普朗克常量，求动能为100eV的自由电子的物质波波长。
17．根据波尔理论，氢原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为En=E1/n2 (E1表示处于基态原子的能量，具体数值未知）。一群处于n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中有三种频率的光能使某种金属发生光电效应，这三种光的频率中较低的为γ。一直普朗克常量为h，真空中的光速为c，电子质量为m，求;
（1）该原子处于基态的原子能量E1；
（2）频率为γ的光子的动量P；
（3）若频率为γ的光子与静止电子发生正碰，碰后电子获得的速度为v，碰后光子速度方向没有改变，求碰后的光子的动量P'。
参考答案
1．D
【详解】
光子的能量，动量为：．
2．C
【详解】
A． 核力与电荷无关，原子核中，质子间的核力都表现为引力，A错误；
B．原子核衰变放出的三种射线中，α粒子的速度最小，穿透能力最弱，B错误；
C．通过电子的衍射图样证实了电子的波动性，C正确；
D．铀核发生链式反应后能自动延续下去，要维持链式反应，铀块的体积必须达到其临界体积，D错误。
故选C。
3．C
【详解】
A．根据黑体辐射规律知，黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故A选项错误；
B．普朗克首次提出能量量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故B选项错误；
C．康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，电子的衍射说明实物粒子也具有波动性，故C选项正确；
D．宏观物体的物质波波长非常小，极不容易观察到它的波动性，选项D错误。
故选C。
4．A
【详解】
物体在光的照射下发射出电子的现象叫光电效应，根据爱因斯坦光子说的理论可知，光电效应说明了光具有粒子性．康普顿效应也揭示了光具有粒子性．A正确；光同时具有波粒二象性，B错误；德布罗意是历史上第一个提出物质波的人，C错误；牛顿认为光是一种实物，是一些硬的小球，是按照牛顿运动定路运动的．爱因斯坦的光子说认为，光子还是波动，只不过是一种不连续的，分离的粒子状的波动，D错误．
5．D
【详解】
A．库仑通过扭称实验得出了库仑定律。A错误；
B．法拉第通过实验发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯总结出了法拉第电磁感应定律。B错误；
C．克斯韦通过理论推导出光的电磁理论。C错误；
D．戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验证实了实物粒子具有波动性。D正确。
故选D。
6．D
【解析】
【详解】
A．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，选项A正确，不符合题意；
B．波尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的成因，选项B正确，不符合题意；
C．卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常量，被誉为能“称出地球质量的人”，选项C正确， 不符合题意；
D．亚里士多德认为物体的下落与质量有关，重的物体比轻的物体下落得快，这一论点通过伽利略的比萨斜塔实验以及逻辑推理所推翻；而理想斜面实验研究说明力不是维持物体运动的原因，故D错误，符合题意。
故选D.
7．A
【详解】
电子物质波的波长比可见光更短，所以不容易发生明显衍射现象。
故选A。
8．C
【解析】
【详解】
A．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，A错误；
B．任何运动的物体包括宏观物体和微观粒子都具有波粒二象性，B错误；
C．原子的核式结构学说的提出是建立在粒子散射实验基础上的，C正确；
D．根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可判断X为中子，D错误。
故选C。
9．A
【详解】
中子与氘核相向运动发生碰撞，满足动量守恒定律，则
结合
则
所以A正确，BCD错误。
故选A。
10．D
【详解】
A.根据氢原子轨道能级关系
，
可知氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级的能级差大于从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的能级差，那么a光的频率大于b光的频率，根据，a光的波长小于b光的波长，根据干涉条纹得宽度，a光产生的干涉条纹比b光更窄，故A错误；
B.在同样的玻璃中，a光的频率高，折射率大，根据折射定律可知光的传播速度小于b光的传播速度，故B错误；
C.根据
可知a光的能量为
Ea=3.4-0.85=2.55eV
b光的能量为
Eb= 1.51-0.54=0.95 eV
故a光能发生光电效应，b光不能发生光电效应，故C错误；
D.根据光的能量公式
动量公式
可知a光和b光的光子动量之比等于a光和b光的光子能量之比为255：97，故D正确。
故选D。
11．B
【详解】
A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A错误；
B．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性；故B正确；
C．康普顿效应说明光具有粒子性，说明光具有能量，还具有动量，故C错误；
D．根据光电效应方程
知，光电子的最大初动能和入射光强度无关，故D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．根据光子能量
可知5G使用的电磁波光子能量较大，A错误；
B．根据光子动量
可知，5G使用的电磁波光子动量较大，B正确；
C．所有频率的光在真空中传播的速率均为，C错误；
D．由于波长
可知5G使用的电磁波波长更短，遇到障碍物不容易发生衍射现象，D错误。
故选B。
13．BD
【详解】
A．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，故A错误；
B．中子不带电，则原子核中的中子与其他核子间无库伦力，但有核力，有助于维系原子核的稳定，故B正确；
C．中子不带电，则散裂中子源中产生的强中子束不可以利用电场使之慢化，故C错误；
D．根据德布罗意波波长表达式
若散裂中子源中的中子束流经慢化后的速度与电子显微镜中的电子流速度相同，因中子的质量大于电子的质量，则中子的动量大于电子的动量，则此时中子的物质波波长比电子的物质波波长短，故D正确;
故选BD。
14．AC
【详解】
A．光电效应现象揭示了光具有粒子性，A正确；
B．黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释，但不能用光的波动性解释，B错误；
C．电子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，C正确；
D．根据德布罗意波波长公式，一个动量为p的电子对应的物质波波长
（h为普朗克常量），D错误。
故选AC。
15．AB
【解析】
光电效应现象揭示了光的粒子性．故A正确；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性．故B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，故C错误；动能相等的质子和电子，质子和电子质量不相等，由动量与动能关系，可知它们的动量不相等，根据德布罗意波长公式可知，它们的德布罗意波长也不相等．故D错误．故选AB．
【点睛】相邻原子之间的距离大致与中子的德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象；光电效应和康普顿效应现象揭示了光的粒子性；德布罗意波长，P是动量，h是普朗克常量．
16．
【详解】
电子的动能为
根据、可得
将代入得
17．（1）E1=-（2） （3）-mv
【解析】（1）由题意可知：原子向低能级跃迁时发出频率为γ的光子是由n=2向基态跃迁时发出的，
hγ＝ E1
解得：E1＝ ；
（2）光子的波长λ＝
德布罗意波长公式λ＝
可得光子的动量：p＝
（3）光子与静止电子发生正碰，由动量守恒定律有：p=mv+p′
解得：p′＝ mv
点睛：考查了波尔理论的能级图，德布罗意波长公式以及动量守恒定律，解题的关键是熟记光子的波长与频率关系λ＝，德布罗意波长公式λ＝．明确动量守恒定律适用于宏观物体，同时也适用于微观粒子的碰撞．