4.5粒子的波动性和量子力学的建立 同步练习（word版含答案）

4.5粒子的波动性和量子力学的建立同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．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量的数量级为（　　）
A． B．
C． D．
2．1927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
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m=1.67×10-27 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是（ ）
A．10-17 kg·m/s B．10-18 kg·m/s C．10-20 kg·m/s D．10-24 kg·m/s
4．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是（ ）
A．弱光衍射实验 B．电子束在晶体上的衍射实验
C．弱光干涉实验 D．射线的衍射实验
5．2021年3月中旬，我国大部分地区经历了近10年来最强的沙尘暴，给人们的生活带来了极大不便。假设一团沙尘暴中所含物质种类及每种物质质量均不变，关于这团沙尘暴，以下说法正确的是（　　）
A．该沙尘暴的内能是其中所有空气的气体分子的无规则运动的动能和势能以及其它物质颗粒无规则运动的动能和势能的总和
B．该沙尘暴从温度较低的内蒙古高原吹到温度较高的黄淮地区，温度逐渐升高、风势逐渐减弱，则其内能逐渐减小
C．沙尘暴中的沙尘颗粒具有波动性
D．沙尘暴中的所有沙尘颗粒所做的无规则运动是布朗运动
6．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
7．为了观察到纳米级的微小结构，需要分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。有关电子显微镜的说法正确的是( )
A．它利用了电子物质波的波长比可见光短，因而不容易发生明显衍射
B．它利用了电子物质波的波长比可见光长，因而不容易发生明显衍射
C．它利用了电子物质波的波长比可见光短，因而更容易发生明显衍射
D．它利用了电子物质波的波长比可见光长，因而更容易发生明显衍射
8．关于物质波，以下观点不正确的是　　
A．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波
B．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波
C．由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性
D．电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的
9．关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是（　　）
A．光子说的确立完全否定了波动说
B．光的波粒二象性是指光既与宏观概念中的波相同又与微观概念中的粒子相同
C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象
D．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
10．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
11．下列说法符合历史事实的是（　　）
A．普朗克指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短
B．爱因斯坦最早发现光电效应现象，并提出了光电效应方程
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，但并没有准确测出其电量
D．查德威克用α粒子轰击Be，发现了质子
12．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（　　）
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上也会出现完整的衍射图样
C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后的运动情况具有随机性，大量光子通过单缝后的运动情况也呈现随机性
13．1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长，p为物体运动的动量，h是普朗克常量．同样光也具有粒子性，光子的动量．根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个光子，会发生下列情况：设光子频率为，则，，被静止的自由电子吸收后有，．由以上两式可解得，电子的速度为两倍光速，显然这是不可能的．关于上述过程以下说法正确的是（ ）
A．因为在微观世界中动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个光子
B．因为在微观世界中能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个光子
C．动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个光子
D．若光子与一个静止的自由电子发生作用，则光子被电子散射后频率不变
14．下列各种说法中不正确的有（　　）
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．光既具有波动性，又具有粒子性，所以说光具有波粒二象性
C．光电效应现象说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
D．德布罗意认为任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
15．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
二、填空题（共4题）
16．电子和质子的速度相等时,电子的波长长( )
17．推动了原子、分子物理和光学的发展：
人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行________和________的技术。
18．质量为1000 kg的小汽车以v＝40 m/s的速度在高速公路上行驶，则估算小汽车的德布罗意波长为________。
19．已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为______。用N个该频率的光子垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则在光照射的过程中，平面镜受到的冲量大小为____。
三、综合题（共4题）
20．现代科学研究表明，光既具有波动性，又具有粒子性。若已知光速为c，普朗克常量为h，对一束波长为λ的光，求：
(1)光的频率；
(2)光子的能量；
(3)光子的动量。
21．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识。
22．20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？
23．康普顿效应告诉我们，光子除了具有能量之外还有动量，光子能量为 ，而动量则为 ，一些科学家设想为航天器安装一面由高强度的轻质柔性薄膜涂上高反光率的材料而制成的“薄膜镜片太阳帆”，利用太阳光驱动航天器做星际旅行．现为某飞往火星的航天器安装了一面积为S =4 ×104m2的太阳帆，且已知在某区域沿垂直于阳光方向太阳光在太阳帆单位面积上的功率约为P =1 kW/m2，光在真空中的传播速度c =3.0× 108m/s。求该航天器在此区域因“太阳帆”所获得的最大动力。（结果保留2位有效数字，提示:光子与太阳帆的碰撞可视为弹性碰撞，碰撞中光子动量变化量为)
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
2．A
3．D
4．B
5．C
6．C
7．A
8．B
9．C
10．B
11．C
12．A
13．C
14．C
15．D
16．正确
17． 精确操控 测量
18．
19． 2N
20．（1）；（2）；（3）
21．一切微观粒子都存在波动性，宏观物体（汽车）也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测
22．（1）； 240m
（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．
23．