4.5不确定关系 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．对光的波粒二象性的理解，下列说法中正确的是 （　　）
A．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，不能统一
B．大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强
C．在光的双缝干涉现象中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
D．频率低的光表现出的粒子性强，频率高的光表现出的波动化强、
2．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子（　　）
A．一定落在中央亮纹处 B．一定落在亮纹处
C．可能落在亮纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最小
3．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
4．关于光的本性，下列说法错误的是（　　）
A．泊松亮斑说明光具有波动性
B．偏振现象说明光是一种纵波
C．光是一种概率波
D．光子除了具有能量之外还具有动量
5．下列说法正确的是（　　）
A．偏振光不能发生干涉现象
B．光能在真空中传播，说明光波不是机械波
C．光波是概率波，所以能预测某光子通过双缝后打在光屏上的位置
D．同种颜色的光通过同一单缝衍射装置后，屏上亮条纹宽度是确定的
6．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
7．下列说法正确的是（ ）
A．用紫外线照射某种金属，有光电效应现象，则用红光照射也一定有光电效应现象
B．X射线既有粒子性，也有波动性，它的波动性比粒子性更加明显
C．光波、德布罗意波都是概率波，在真空中传播速度相等
D．物体在高温时辐射可见光，在任何温度下都会辐射红外线
8．下列关于近代物理学的结论中，正确的是（ ）
A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
B．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率多的地方
C．光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D．氢原子的能级是不连续的，但辐射光子的能量却是连续的
9．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处最可能是（　　）
A．亮纹 B．暗纹
C．既有可能是亮纹也有可能是暗纹 D．以上各种情况均有可能
10．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
11．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，若有一个粒子，则不能确定它从其中的哪一个缝中穿过
12．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现甲、乙、丙所示的图像，则（ ）
A．图象甲表明光具有粒子性
B．图象丙表明光具有波动性
C．实验表明光是一种概率波
D．在光的干涉条纹中，明条纹是光子能够到达的地方，暗条纹是光子不能到达的地方
13．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图案如图所示，则（ ）
A．光的能量在胶片上分布不均匀
B．单个光子的分布是随机的，大量光子的分布满足统计规律
C．时间较长的图案不同于强光的单缝衍射图样
D．图案表明光是一种概率波
14．氦氖激光器所发红光波长为λ＝6.238×10-7m，谱线宽度Δλ＝10－18m，求当这种光子沿x方向传播时，它的x坐标的不确定量多大？
15．20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？
参考答案
1．B
【详解】
ABD．波粒二象性是光的根本属性，大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，高频光的粒子性显著，低频光的波动性显著，二者不是相互矛盾，只是在不同情况下所表现的性质可能不同，故选项AD错误，B正确；
C．在光的双缝干涉现象中，暗条纹的地方是光子出现几率较低的地方，选项C错误；
故选B。
2．C
【详解】
大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中央亮纹处，依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处，落在其他亮处相对少一些，落在暗纹处光子最少，要注意暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已。只让一个光子通过单缝，这个光子落在哪一位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹处的机会更大（有95%以上），故ABD错误，C正确。
故选C。
3．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。
4．B
【详解】
A．泊松亮斑是光的衍射，说明光具有波动性，A正确，不符合题意；
B．偏振现象说明光是一种横波，B错误，符合题意；
C．光具有波粒二象性，光是一种概率波，C正确，不符合题意；
D．光电效应证明光子具有能量，康普顿散射实验证明光子具有动量，D正确，不符合题意。
故选B。
5．B
【详解】
A．由光的双缝干涉实验可知偏振光能发生干涉现象，故A错误；
B．机械波只能在介质中传播，光能在真空中传播，说明光波不是机械波，故B正确；
C．光波是概率波，只能确定单个光子通过双缝后出现在某位置的概率，但不能预测光子打在光屏上的具体位置，故C错误；
D．同种颜色的光的频率是一个范围，即波长不等，以同种颜色的光通过同一单缝衍射装置后屏上亮条纹的宽度是不确定的，故D错误。
故选B。
6．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。
7．D
【解析】
试题分析: 当入射光的频率大于金属的极限频率时有光电效应现象．现用紫外线照射某种金属，有光电效应现象，因红光的频率小于紫光的频率，故用红光照射时，不一定有光电效应现象，A错；X射线既有粒子性，也有波动性，当少数时体现粒子性，多数时，体现波动性，B错；光波、德布罗意波都是概率波，在真空中，光的传播速度大，C错；物体在高温时辐射可见光，在任何温度下都会辐射红外线，D对．
考点:光电效应、概率波、黑体辐射．
【名师点睛】光电效应规律
（1）每种金属都有一个极限频率．
（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关．只随入射光的频率增大而增大．
（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．
（4）光电流的强度与入射光的强度成正比．
8．B
【解析】
根据德布罗意波长λ=h/p知，宏观物体的动量较大，德布罗意波长较短，波长越短，波动性越不明显．故A错误．在光的干涉现象中，光子到达几率大的地方出现明条纹，几率小的地方出现暗条纹．故B正确．根据光电效应方程EKm=hγ-W0知，最大初动能与光的频率成一次函数关系，不是正比关系．故C错误．氢原子能级不连续，能级差也不连续，根据E2-E1=hγ知，光子能量不连续．故D错误．故选B.
9．A
【详解】
按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b处，故b处最可能是亮纹
故选A。
10．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．
11．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，二者的本质不同，故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可能出现的几率符合一定的概率函数规律，故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，故C错误；
D．根据测不准原理，在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则不能确定它从其中的哪一个缝中穿过，故D正确；
故选BD。
12．ABC
【详解】
A．图象甲以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，故A正确；
B．图象丙有明显的明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，故表明光具有波动性，故B正确；
C．因为单个光子所能到达的位置不能确定，但大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故此实验表明了光是一种概率波，故C正确；
D．干涉是波特有的性质，故干涉条纹表明光具有波动性，暗条纹处是光子到达的几率比较小的地方，故D错误。
故选ABC。
【点睛】
因为单个光子所能到达的位置不能确定，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，单个光子所到达哪个位置是个概率问题，大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故此实验表明了光是一种概率波。
13．ABD
【详解】
时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，说明了单个光子表现为粒子性，光子到达的多的区域表现为亮条纹，而光子到达的少的区域表现为暗条纹，说明光的能量在胶片上分布不均匀，光到达胶片上不同位置的概率不相同，即图案表明光是一种概率波，故AD正确；时间较长的图案表明光子到达的较多，于强光的单缝衍射图样相同，选项C错误；据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，单个光子的分布是随机的，而大量光子表现为波动性，光子的分布满足统计规律，故B正确；故选ABD．
【点睛】
本题主要考查了光的波粒二象性及其表现形式，其实这类题目往往考查的内容很基础，故只要注意基础知识的积累，就能顺利解决此类题目.
14．大于或等于7.96×10－20m
【详解】
解：红光光子动量的不确定量为
Δp＝
根据
ΔxΔp≥
得位置的不确定量为
Δx≥＝＝m≈7.96×10－20m
15．（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．