4.5不确定关系 同步作业（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 同步作业（解析版）
1．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，若粒子每次都是一个一个地通过，能确定粒子会通过哪一个缝
2．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
3．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
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．对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是（ ）
A．不受外力作用时光子就会做匀速运动
B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动
C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度
D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律
6．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
7．以下说法中正确的是（　　）
A．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定
B．实物粒子不具有波动性，因为实物粒子没有对应的波长
C．波长长的光波动性较强，大量光子容易显示粒子性
D．光波不是概率波，物质波是概率波
8．下列说法正确的是（ ）
A．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性
B．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小
C．爱因斯坦在对黑体辐射的研究中提出了能量子的观点
D．康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现光具有波动性
9．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
10．下列说法正确的是（　　）
A．若要准确地测量宏观物体的动量，由不确定关系可知其位置无法确定
B．在康普顿效应中入射光子与晶体中的电子发生碰撞，光子散射后频率变低
C．用电子流工作的显微镜比用相同大小加速电压下的质子流工作的显微镜放大倍数更好
D．只要空间中某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场就能产生电磁波
11．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
12．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
13．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果，下列认识正确的是（　　）
A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的亮点
B．单个光子的运动表现出波动性
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．只有大量光子的行为才能表现出波动性
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
15．20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】
A．概率波具有波粒二象性，因此概率波不是机械波，选项A错误；
B．对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波，B正确；
C．概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但它们的本质不一样，C错误；
D．在光的双缝干涉实验中，若只有一个粒子，则它从两个缝穿过的概率是一样的，D错误．
故选B.
2．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。
3．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。
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．D
【详解】
AB．光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，故A、B错误；
CD．根据概率波、不确定关系可知，无法确定电子在任意时刻的速度和微观粒子的运动规律，故C错误，D正确。
故选D。
6．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。
7．A
【详解】
A．光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），可以用波动的规律来描述，所以光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，故A正确；
B．实物粒子具有波动性，只是不明显，故B错误；
C．波长长的光，波动性特征显著，大量光子容易显示波动性，故C错误；
D．物质波是概率波，光波也是概率波，故D错误。
故选A。
8．A
【详解】
A．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性，故A正确；
B．如果以△x表示粒子位置的不确定量，以△p表示粒子在x方向上的不确定量，那么
△x △p≥
h为普朗克常数．表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，故B错误；
C．1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子
E=hν
1905年爱因斯坦从中得到启发，提出了光子说的观点，故C错误；
D．康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现了康普顿效应，康普顿效应进一步表面光子具有动量，进一步证明了光具有粒子性，故D错误。
故选A.
9．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。
10．B
【详解】
A．不确定关系表明，在微观世界中，不可以同时准确地确定粒子的位置和动量，故A错误；
B．入射光子与晶体中的电子碰撞，动量变小，根据光子动量
可知波长变长，则频率变低，故B正确；
C．由于质子的质量远大于电子的质量，所以如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，质子的动量更大，波长更小，其分辨率比电子显微镜大，故C错误；
D．均匀变化的电场在它周围产生稳定的磁场，而振荡的电场或磁场是周期性变化的，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又会产生周期性变化的电场，故振荡的电场或磁场均会产生电磁波，故D错误。
故选B。
11．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。
12．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。
13．CD
【详解】
光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率很小（注意暗纹处并非无光子到达）。
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．（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．