4.5粒子的波动性和量子力学的建立 学科素养提升练（word版含答案）

4.5粒子的波动性和量子力学的建立
学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象。技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国。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，下列有关说法错误的是（　　）
A．普朗克在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
B．玻尔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
C．赫兹大胆地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
D．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础
2．关于光现象下列说法正确的是（　　）
A．用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理
B．光电效应现象说明光具有波动性
C．通过游标卡尺两个卡脚间狭缝，看到的远处日光灯的彩色条纹是光的干涉所致
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光强度增大，则干涉条纹间距变宽
3．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们必须具有相同的（　　）
A．速度的大小 B．动量的大小 C．动能 D．总能量
4．实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中不能体现波动性的是（　　）
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
5．下列说法正确的是（　　）
A．电子显微镜的电子束速度越小，电子显微镜分辨本领越低
B．在振荡电路中，当线圈中电流变大时，电容器里的电场强度也变大
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场一定产生变化的电场
D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
6．下列说法正确的是（　　）
A．泊松亮斑支持了光的粒子说
B．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热压缩过程，气体分子的平均动能减小
C．质子的德布罗意波长与其动能成正比
D．电冰箱通电后把冰箱内低温物体的热量传到箱外高温物体，并不违背了热力学第二定律
7．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是（　　）
A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性
B．光的频率越高，光子的能量越大
C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D．在光的干涉中，光子一定到达亮条纹的地方
8．1927年戴维孙和G P 汤姆孙分别用电子束射向晶体得到如图所示的图样，从而证实了（　　）
A．电子的波动性 B．电子的粒子性 C．光的波动性 D．光的粒子性
9．下列说法正确的是（　　）
A．电子显微镜的电子束速度越高，电子显微镜分辨本领越低
B．在振荡电路中，当线圈中电流变大时，电容器里的电场强度也变大
C．泊松亮斑是光的衍射现象
D．照相机镜头表面的增透膜是光的偏振现象的应用
10．下列关于历史人物与其在物理学上的主要贡献的说法正确的是（　　）
A．亚里士多德认为：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因
B．法拉第坚持了长达十年的实验探究，终于发现了电流的磁效应
C．历史上关于光的本性的争论，牛顿是“波动说”的主要代表人物
D．爱因斯坦创立了相对论
11．下列说法正确的是（　　）
A．泊松亮斑支持了光的粒子说
B．质子的德布罗意波长与其动能成正比
C．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
D．在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验中，把绿色滤光片换为红色，相邻两亮条纹中心的距离减小
12．已知普朗克常量h = 6.63 × 10 - 34Js，电子的质量约为9.1 × 10 - 31kg，一个电子和一个直径为4μm的油滴具有相同的动能，则电子与水滴的德布罗意波长之比的数量级为（ ）
A． B． C． D．
13．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射强度与温度有关，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短的方向移动
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
14．下列四幅图中所涉及的物理知识论述，正确的是（　　）
A．甲图中的泊松亮斑是光的衍射现象
B．乙图中弯曲干涉条纹说明被检查的平面在此处是凸出
C．丙图中电子显微镜比用相同速度大小的质子流工作的显微镜分辨本领低
D．丁图中全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
15．如图所示，是研究光电效应的电路图。若光束①通过窗口照射到阴极K后，滑动变阻器的滑片P滑到位置a时，电流表的读数恰好变为0；光束②通过窗口照射到阴极K后，滑动变阻器的滑片P滑到位置b时，电流表的读数恰好变为0，则下列说法正确的是（　　）
A．同等障碍物的情况下，光束①的衍射比光束②的明显
B．光束①产生的饱和电流一定小于光束②的
C．光束①的光子动量一定小于光束②的
D．光束①产生的光电子的初动能一定小于光束②产生的光电子的初动能
二、解答题
16．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．
17．物理学家做了个有趣的实验，在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光强的大小，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，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹。请你对这个实验结果，从以下几方面作分析。
（1）曝光时间不长时，在底片上只能出现不规则的点，是因为能量太小，底片上的条纹看不清楚？
（2）单个光子的运动有确定的轨道么？
（3）干涉条纹中出现亮条纹是何原因？
（4）无论是单个光子还是大量光子，其行为都表现出波动性吗？
试卷第页，共页
参考答案：
1．C
【解析】
A．普朗克在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，A正确，不符合题意；
B．玻尔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正确，不符合题意；
C．德布罗意大胆地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，C错误，符合题意；
D．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础，D正确，不符合题意。
故选C。
2．A
【解析】
A．光在光导纤维中传播信号，是利用了光的全反射原理，故A正确；
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光的干涉与衍射说明光具有波动性，故B错误；
C．通过游标卡尺两个卡脚间狭缝，看到的远处日光灯的彩色条纹是光的衍射现象产生的，故C错误；
D．光的双缝干涉实验中，干涉条纹的宽度，与入射光的强度无关，故D错误。
故选A。
3．B
【解析】
根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则动量p也相等。
故答案为B。
4．B
【解析】
A．干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，选项A不符合题意；
B．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，没有体现波动性，选项B符合题意；
C．可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以发生衍射现象，具有波动性，选项C不符合题意；
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以发生衍射现象，说明具有波动性，选项D不符合题意。
由上述分析可知，本题选B。
5．A
【解析】
A．电子显微镜的电子束速度越小，则电子动量越小，根据
可知电子的波长越长，电子显微镜分辨本领越弱，故A正确；
B．在LC振荡电路中，当线圈中电流变大时，电容器正在放电，则电容器里的电场强度变小，选项B错误；
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的磁场产生稳定不变的电场，选项C错误；
D．在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜，这种薄膜就叫增透膜，其原理是薄膜干涉。故D错误；
故选A。
6．D
【解析】
A．泊松亮斑是光的衍射形成的，支持了光的波动说，故A错误；
B．一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热压缩过程，外界对气体做功，内能增大，温度升高，故气体分子的平均动能增大，故B错误；
C．由公式
可知质子的德布罗意波长与其动能成正比，故C错误；
D．冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体要消耗电能，因此不违背热力学第二定律，故D正确。
故选D。
7．B
【解析】
A．光是高速运动的微观粒子，光的波动性是对大量光子集体行为的一种描述，所以不能说每个光子都具有波粒二象性，故A错误；
B．光的频率越高，光子的能量越大，故B正确；
CD．在光的干涉中，亮条纹是光子出现概率高的位置，暗条纹是光子出现概率低的位置，光子并不是一定到达亮条纹的地方，也并不一定就不出现在暗条纹的地方，故CD错误。
故选B。
8．A
【解析】
戴维孙和G P 汤姆孙分别用电子束射向晶体得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性。选项A正确。
故选A。
9．C
【解析】
A．电子显微镜的电子束速度越高，则其动量越大，由
可知其德布罗意波的波长就越短，越不容易发生衍射，则电子显微镜的分辨本领就越高，故A错误；
B．在振荡电路中，当线圈中电流变大时，说明电容器正在放电，由
可知电容器里的电场强度在变小，故B错误；
C．泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，光照射不透明的圆盘时阴影的中心出现一个亮斑，是光的衍射现象造成的，故C正确；
D．照相机镜头表面的增透膜，是利用光的干涉原理，使反射光减弱，从而增加透射光，故D错误。
故选C。
10．D
【解析】
A．亚里士多德认为：力是维持物体运动状态的原因，伽利略认为：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，故A错误；
B．法拉第坚持了长达十年的实验探究，终于发现了电磁感应现象，故B错误；
C．历史上关于光的本性的争论，牛顿是“粒子说”的主要代表人物，故C错误；
D．爱因斯坦创立了相对论，故D正确。
故选D。
11．C
【解析】
A．泊松亮斑支持了光的波动说，故A错误；
B．根据德布罗意波波长的公式
可知质子德布罗意波长与其动能的平方根成反比，故B错误；
C．衍射、干涉、偏振等现象都是波动性特有的现象，电子束穿过铝箔后的衍射图样，说明发生衍射现象，就说明电子束就有波动性，故C正确；
D．根据干涉条纹的间距公式
把绿色滤光片换为红色，波长变大，则相邻条纹间的间距变大，故D错误；
故选C。
12．D
【解析】
根据德布罗意波长公式
λ = ，p =
解得
λ =
由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有
由于已知油滴的直径，则油滴的质量为
m油 = ρπd3= 2.7 × 10 - 14kg
代入数据解得
≈ 1.7 × 108
故选D。
13．AC
【解析】
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增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确；
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AC。
14．AC
【解析】
A．甲图中的泊松亮斑是光的衍射现象。A正确；
B．条纹向左弯曲，表明弯曲处检查平面与样板处的距离，与该条纹的直线处检查平面与样板相同，即该处是凹下的。B错误；
C．因为相同速度下质子的德布罗意波长更小，更能发生衍射现象，所以分辨率更高。C正确；
D．丁图中全息照片的拍摄利用了光的干涉原理。D错误。
故选AC。
15．AC
【解析】
A．由题意可知光束②的截止电压较大，根据
可知，光束②的频率较大，波长较小，则同等障碍物的情况下，光束①的衍射比光束②的明显，选项A正确；
B．饱和光电流由入射光的光强决定，则由题中条件无法比较两束光的饱和光电流大小，选项B错误；
C．根据可知，光束①的波长较大，则光束①的光子动量一定小于光束②的，选项C正确；
D．由题意可知，光束①产生的光电子的最大初动能一定小于光束②产生的光电子的最大初动能，选项D错误。
故选AC。
16．（1） (2)
【解析】
(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
17．（1）不是；（2）没有；（3）见解析；（4）不是
【解析】
（1）不是因为能量太小。因为曝光时间不太长，到达底片的光子较少，体现粒子性，在底片上只能出现不规则的点。
（2）没有。光波是概率波，单个光子没有确定的轨道。
（3）干涉条纹中的亮纹处是光子到达概率较大的地方，暗纹处是光子达概率较小的地方，但也有光子到达。
（4）不是。光波是概率波，单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，少数光子落点不确定，体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性。
试卷第页，共页