4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 课后作业-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word版含答案）

第四章 原子结构和波粒二象性
5 粒子的波动性和量子力学的建立
1.下列关于物质波的说法正确的是 (　　)
A.实物粒子与光子都具有波粒二象性,故实物粒子与光子的本质是相同的
B.一切运动着的物体都与一个对应的波相联系
C.机械波、物质波都不是概率波
D.实物粒子的动量越大,其波动性越明显,越容易观察
2.(多选)关于实物粒子的波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)
A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微观粒子都具有波粒二象性
B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,没有特定的运动轨道
C.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观现象中是统一的
D.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物粒子不具有波动性
3.(多选)关于物质波,下列认识正确的是　 (　　)
A.任何运动的物体都对应一种波,这种波叫物质波
B.X射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的
C.电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的
D.宏观物体尽管可以看成物质波,但无法观察到其干涉、衍射等现象
4.下列关于量子力学的应用,错误的是 (　　)
A.人们了解了固体中电子运行的规律,并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分
B.科学家们利用半导体的独特性质发明了晶体管等各类固态电子器件,并结合激光光刻技术制造了大规模集成电路,俗称“芯片”
C.原子钟利用原子为电磁波校准频率,从而实现了对时间的高精度测量
D.量子力学可以解释一切实验现象
5.下列说法正确的是 (　　)
A.电子的衍射图样表明电子具有粒子性
B.粒子的运动速率增大,其德布罗意波的波长也增大
C.为了解释黑体辐射规律,爱因斯坦提出了能量量子化的观点
D.黑体辐射中,随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
6.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表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则 (　　)
A.E=,p=0　　　　 B.E=,p=
C.E=,p=0 D.E=,p=
7.(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,所以我们可以说光具有波粒二象性
B.一个电子和一个质子具有相同的动能时,因为电子的质量比质子的小,所以电子的动量就小
C.一个电子和一个质子具有相同的动能时,电子的德布罗意波长比质子的小
D.一个电子和一个质子具有相同的动能时,电子的德布罗意波长比质子的大
8.若一个中子和一个质量为104 kg的火箭都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波长分别是多少 已知中子的质量为1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.
9.已知铯的逸出功为W0=1.9 eV,现用波长为4.3×10-7 m的入射光照射金属铯.已知真空中的光速c=3.0×108 m/s,电子的质量为m=0.91×10-30 kg,电子电荷量为1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.626×10-34 J·s.
(1)能否发生光电效应
(2)若能发生光电效应,求光电子的德布罗意波长的最小值.
10.(多选)现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是 (　　)
A.一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B.肥皂液是无色的,吹出的肥皂泡却是彩色的
C.质量为10-3 kg、速度为10-2 m/s的小球,其德布罗意波长约为10-28 m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D.人们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大致相同
11.(多选)为了观察晶体的原子排列,可以采用下列方法:(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜(电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象,电子显微镜的分辨率高);(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样,进而分析出晶体的原子排列.下列分析正确的是 (　　)
A.电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C.要获得晶体的X射线衍射图样,X射线波长要远小于原子的尺寸
D.中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
12.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构,为满足测量要求,将电子显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n>1,已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则电子显微镜工作时电子的加速电压应为(　　)
A. B. C. D.
13.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的质量为9.11×10-31 kg.一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同的动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为 (　　)
A.10-8 B.106 C.108 D.1016
14.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,波长是λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,人们把这种波叫德布罗意波.现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起,已知|p1|<|p2|,则粘在一起的物体的德布罗意波长为 (　　)
A. B. C. D.
15.科学家设想在未来的航天事业中利用太阳帆来加速星际飞船,飞船总质量为m,设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n,光子平均波长为λ,太阳帆面积为S,反射率100%,太阳光垂直射到太阳帆上.
(1)求飞船加速度a的表达式.
(2)若太阳帆是黑色的,飞船的加速度又为多少
1.下列关于物质波的说法正确的是 (　　)
A.实物粒子与光子都具有波粒二象性,故实物粒子与光子的本质是相同的
B.一切运动着的物体都与一个对应的波相联系
C.机械波、物质波都不是概率波
D.实物粒子的动量越大,其波动性越明显,越容易观察
2.(多选)关于实物粒子的波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)
A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微观粒子都具有波粒二象性
B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,没有特定的运动轨道
C.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观现象中是统一的
D.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物粒子不具有波动性
3.(多选)关于物质波,下列认识正确的是　 (　　)
A.任何运动的物体都对应一种波,这种波叫物质波
B.X射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的
C.电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的
D.宏观物体尽管可以看成物质波,但无法观察到其干涉、衍射等现象
4.下列关于量子力学的应用,错误的是 (　　)
A.人们了解了固体中电子运行的规律,并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分
B.科学家们利用半导体的独特性质发明了晶体管等各类固态电子器件,并结合激光光刻技术制造了大规模集成电路,俗称“芯片”
C.原子钟利用原子为电磁波校准频率,从而实现了对时间的高精度测量
D.量子力学可以解释一切实验现象
5.下列说法正确的是 (　　)
A.电子的衍射图样表明电子具有粒子性
B.粒子的运动速率增大,其德布罗意波的波长也增大
C.为了解释黑体辐射规律,爱因斯坦提出了能量量子化的观点
D.黑体辐射中,随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
6.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表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则 (　　)
A.E=,p=0　　　　 B.E=,p=
C.E=,p=0 D.E=,p=
7.(多选)下列说法正确的是 (　　)
A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,所以我们可以说光具有波粒二象性
B.一个电子和一个质子具有相同的动能时,因为电子的质量比质子的小,所以电子的动量就小
C.一个电子和一个质子具有相同的动能时,电子的德布罗意波长比质子的小
D.一个电子和一个质子具有相同的动能时,电子的德布罗意波长比质子的大
8.(多选)现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是 (　　)
A.一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B.肥皂液是无色的,吹出的肥皂泡却是彩色的
C.质量为10-3 kg、速度为10-2 m/s的小球,其德布罗意波长约为10-28 m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D.人们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大致相同
9.(多选)为了观察晶体的原子排列,可以采用下列方法:(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜(电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象,电子显微镜的分辨率高);(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样,进而分析出晶体的原子排列.下列分析正确的是 (　　)
A.电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C.要获得晶体的X射线衍射图样,X射线波长要远小于原子的尺寸
D.中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
10.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构,为满足测量要求,将电子显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n>1,已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则电子显微镜工作时电子的加速电压应为(　　)
A. B. C. D.
11.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的质量为9.11×10-31 kg.一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同的动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为 (　　)
A.10-8 B.106 C.108 D.1016
12.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,波长是λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,人们把这种波叫德布罗意波.现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起,已知|p1|<|p2|,则粘在一起的物体的德布罗意波长为 (　　)
A. B. C. D.
13.若一个中子和一个质量为104 kg的火箭都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波长分别是多少 已知中子的质量为1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.
14.已知铯的逸出功为W0=1.9 eV,现用波长为4.3×10-7 m的入射光照射金属铯.已知真空中的光速c=3.0×108 m/s,电子的质量为m=0.91×10-30 kg,电子电荷量为1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.626×10-34 J·s.
(1)能否发生光电效应
(2)若能发生光电效应,求光电子的德布罗意波长的最小值.
15.科学家设想在未来的航天事业中利用太阳帆来加速星际飞船,飞船总质量为m,设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n,光子平均波长为λ,太阳帆面积为S,反射率100%,太阳光垂直射到太阳帆上.
(1)求飞船加速度a的表达式.
(2)若太阳帆是黑色的,飞船的加速度又为多少
1.B
2.ABC
3.ACD
4.D
5.D
6.D
7.ABD
8.BD
9.AD
10.D
11.C
13.D
13.中子的动量p1=m1v,
火箭的动量p2=m2v,
由λ=知中子和火箭的德布罗意波长分别为
λ1==,
λ2==,
解得λ1=4.0×10-10 m, λ2=6.63×10-41 m.
答案:4.0×10-10 m　6.63×10-41 m
14.(1)入射光子的能量E=hν=h=6.626×10-34×× eV=2.9 eV,
由于E=2.9 eV>W0,所以能发生光电效应.
(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能
Ek=hν-W0=1 eV=1.6×10-19 J,
而光电子的最大动量p=,
则光电子的德布罗意波长的最小值
λmin== m=1.2×10-9 m.
答案:(1)能　(2)1.2×10-9 m
15.(1)光子垂直射到太阳帆上再反射,动量变化量为2p,设光对太阳帆的压力为F,单位时间打到太阳帆上的光子数为N,则N=nS,
由动量定理有FΔt=NΔt·2p,
所以F=N·2p,
而光子动量p=,
解得F=,
由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为
a==.
(2)若太阳帆是黑色的,光子垂直打到太阳帆上不发生反射(被太阳帆吸收),光子动量变化量为p,
太阳帆上受到的光压力为F'=,
飞船的加速度a'=.
答案:(1)a=　(2)