4.4德布罗意波 同步练习（word版含答案解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
4.4德布罗意波 同步练习（解析版）
1．我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（ ）
A．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
B．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
C．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
D．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
2．下列说法正确的是（　　）
A．如果要更准确地确定粒子的位置，那么动量的测量一定会更不准确
B．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光强度和频率均有关
C．当观察者与波源相互靠近时，接收到波的频率一直增大
D．康普顿效应证明了光子只具有动量
3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量，普朗克常量，可以估算德布罗意波长的热中子动能的数量级为（ ）
A． B． C． D．
4．关于波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．有的光只是粒子，有的光只是波
B．康普顿效应表明光是粒子，并具有动量
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．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
5．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m＝1.6×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动能的数量级为（　　）
A．10－15 J B．10－19 J
C．10－21 J D．10－34 J
6．关于德布罗意波的波长，下列说法正确的是（ ）
A．质量大的物体，德布罗意波长短 B．速度大的物体，德布罗意波长短
C．动量大的物体，德布罗意波长短 D．动能大的物体，德布罗意波长短
7．首次成功解释光电效应和首次提出物质波的科学家分别是( )
A．爱因斯坦、康普顿 B．普朗克、爱因斯坦
C．普朗克、德布罗意 D．爱因斯坦、德布罗意
8．在物理学发展的过程中，许多物理学家的研究成功推动了人类历史的进步，下列说法符合事实的是（　　）
A．玻尔理论可以成功解释氦原子的光谱现象
B．普朗克首先提出实物粒子也具有波动性
C．汤姆逊通过对阴极射线的研究，发现了电子
D．为了解释黑体辐射规律，卢瑟福提出电磁辐射的能量是量子化的
9．2021年1月21日，科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术首次“拍摄”到新冠病毒的3D影像，如图所示。冷冻电镜（全称：冷冻透射电子显微镜）是目前结构生物学广泛使用的科研利器，它以高速电子束为“光源”穿透样品，以获得样品内部的结构信息。光学显微镜由于受光的衍射现象限制，最高分辩率仅为，而冷冻电镜的分辨率比光学显微镜高1000倍以上，可达。已知电子的质量为，电子的电荷量为，普朗克常量为，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（　　）
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常长
B．冷冻电镜的分辨率与加速电压有关：加速电压越高，则分辨率越低
C．德布罗意波长为的电子，可由静止电子通过的电压加速而得到
D．若用相同动能的质子代替电子，也能“拍摄”到新冠病毒的3D影像
10．下列表述中正确的是（ ）
A．核反应中，氦核（）的比结合能小于氘核（）
B．铀238经一次衰变和一次衰变后，形成的新核相比铀238质量数减少了4，电荷数减少3.
C．科技的进步，测量工具精度的提升，将来可以同时精确测量微观粒子的位置和动量
D．宏观物体的德布罗意波的波长小，难以观察其波动性
11．新型冠状病毒2019-nCoV属于β属的新型冠状病毒，直径约60-140nm。科研人员常用现代电子显微镜观察单个病毒，其分辨本领可以达到0.2nm。已知显微镜工作物质的波长越短，显微镜的分辨本领越强。物质波波长，p为物体的动量，h为普朗克常数，可见光的波长为400-760nm。下列说法错误的是（　　）
A．卢瑟福发现了电子，并且验证了电子的波动性
B．电子束的物质波波长比可见光的波长短的多
C．电子的速度越大，电子显微镜的分辨本领越强
D．若显微镜采用速度与电子束相同的质子流工作，则分辨本领会进一步提高
12．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
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．下列说法正确的有（　　）
A．α射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．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
D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估测核半径、确定核电荷量
15．[选修3-5]关于下列四幅图说法正确的是（ ）
A．图甲中的放射性同位素应选择衰变时放出a粒子的同位素
B．图乙中的石墨的作用是使核反应中的快中子减速
C．图丙中的光子碰撞电子后，其波长将变大
D．图丁中的电子的动量越大，衍射现象越明显
16．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，且．已知某种紫光的波长是440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的万分之一．
（1）求电子的动量的大小．
（2）试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．（电子质量，电子电荷量）
17．用能量为50 eV的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量m＝9.0×10－31 kg、电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s．试求：
(1)光电管阴极金属的逸出功W；
(2)光电子的最大动量和对应物质波的波长λ．
参考答案
1．B
【详解】
丹麦物理学家玻尔，意识到经典物理在解释原子结构方面的困难，在1913年第一次将量子观念引入了原子领域，提出了定态和跃迁的概念，AC错误；爱因斯坦在1905年发表了《关于光的产生和转化的一个试探性观点》一文，提出了光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，即光是由光子组成，并且总结出了爱因斯坦光电效应方程，B正确；德布罗意把光的波粒二象性推广到了实物粒子，语言了实物粒子也具有波的特性，D错误；故本题选B．
2．A
【详解】
A．由不确定性关系知，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，A正确；
B．由光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，B错误；
C．如果观察者与波源相对速度一定，接收到波的频率也一定，C错误；
D．康普顿效应证明了光子既具有能量也具有动量，D错误。
故选A。
3．C
【详解】
由德布罗意波公式得，而，则
所以
因此热中子的动能的数量级
故选C。
4．B
【详解】
A．光既有波动性，又具有微粒性，并不是有的光只是粒子，有的光只是波，选项A错误；
B．康普顿效应表明光是粒子，并具有动量，选项B正确；
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，选项C错误；
D．根据德布罗意公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，选项D错误。
故选B。
5．C
【详解】
根据德布罗意波理论，中子动量为
中子动能为
联立代入数据可估算出中子动能的数量级为10－21 J。
故选C。
6．C
【详解】
德布罗意波的波长，可知动量大的物体，德布罗意波长短，故C正确。
故选C。
7．D
【解析】
【详解】
普朗克提出量子假说，此后爱因斯坦提出光量子假说，成功解释了光电效应，首次提出物质波假说的科学家是德布罗意。
A.A项与上述分析结论不相符，故 A不符合题意；
B.B项与上述分析结论不相符，故 B不符合题意；
C.C项与上述分析结论不相符，故 C不符合题意；
D.D项与上述分析结论相符，故 D符合题意。
8．C
【详解】
A．玻尔理论只能成功解释氢原子的光谱现象，故A错误；
B．德布罗意首先提出实物粒子也具有波动性，称为物质波，故B错误；
C．汤姆逊通过对阴极射线的研究，发现了电子，故C正确；
D．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的，故D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短，A错误；
B．根据德布罗意波长公式
而
对电子加速过程应用动能定理得
联立可得
由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，B错误；
C．由公式
得
C错误；
D．根据公式，因为
动能相同时，波长与质量的二次方根成反比，而，所以，由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，能“拍摄”到新冠病毒的3D影像， D正确。
故选D。
10．D
【详解】
A．核反应中，氦核（）的比结合能大于氘核（），选项A错误；
B．一次衰变质量数减小4，电荷数减小2；一次衰变后质量数不变，电荷数增加1；则铀238经一次衰变和一次衰变后，形成的新核相比铀238质量数减少了4，电荷数减少1，选项B错误.
C．根据不确定原理，不可以同时精确测量微观粒子的位置和动量，选项C错误；
D．宏观物体的德布罗意波的波长小，难以观察其波动性，选项D正确。
11．A
【详解】
A．汤姆逊发现了电子，并利用晶体做了电子束衍射实验，证实了电子的波动性，选项A错误，符合题意；
B．电子束的物质波波长比可见光的波长短的多，选项B正确，不符合题意；
C．根据
电子的速度越大，波长越短，则电子显微镜的分辨本领越强，选项C正确，不符合题意；
D．若显微镜采用速度与电子束相同的质子流工作，则根据
因质量质量大于电子，可知波长更短，则分辨本领会进一步提高，选项D正确，不符合题意。
故选A。
12．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。
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．ACD
【详解】
A．α射线在空气中的射程只有几厘米，只要一张纸就能挡住，故A正确；
B．由
可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，故B错误；
C．根据黑体辐射实验的规律可知：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C正确；
D．根据α粒子散射实验的数据可以用来确定核电荷量和估算原子核半径，故D正确。
故选ACD。
15．BC
【详解】
A.α、β、γ三种射线的穿透能力不同，α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3 mm厚的铝板，厚度的微小变化不会使穿过铝板的γ射线的强度发生较明显变化，所以基本不受铝板厚度的影响．而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化，即是β射线对控制厚度起作用，所以图乙的放射性同位素应选择衰变时放出β粒子的同位素．故A错误；
B.在核反应堆中石墨主要起减速剂的作用，将快中子变成慢中子．镉棒起到吸收中子的作用，能控制中子的数目，从而控制和反应的速度，故B正确；
C.图中光子与电子发生碰撞后，光子的一部分能量转移给电子，由：可知，光子的波长将增大．故C正确；
D.根据德布罗意波波长公式：知，电子的动量越大，则波长越短，电子束通过铝箔后的衍射现象越不明显．故D错误.
16．（1） （2）773V
【详解】
(1)由得，电子的动量
．
(2)电子在电场中加速，由动能定理有
解得
17．（1） (2)
【详解】
(1)由图可知，遏止电压为-20eV，由动能定理可知
由爱因斯坦光电效应方程可知
即
代入数据解得
W=30eV
(2)由公式
整理得：
；
由公式