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)

人教版（2019）选择性必修三 4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 同步练习
一、单选题
1．使用电子束工作的显微镜叫做电子显微镜，它比一般的光学显微镜具有更高的分辨率，这是因为电子相比光子（　　）
A．具有电荷 B．速度大 C．动量大 D．没有波动性
2．下列说法错误的是（　　）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
3．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．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
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．卢瑟福在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
D．德布罗意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
4．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
5．下列说法正确的是（　　）
A．低温物体不会向外辐射电磁波 B．光波是一种概率波
C．光只具有波动性 D．光只具有粒子性
6．下列说法不正确的是（　　）
A．光的偏振现象，证明光是横波
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．光电效应现象说明光具有粒子性
D．电子衍射现象证实了电子的波动性
7．在通往量子论的道路上，许多物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（　　）
A．普朗克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
B．德布罗意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．玻尔把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
D．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
8．下列说法正确的是（　　）
A．电子的衍射现象说明运动的电子具有波动性
B．光的偏振现象说明光具有粒子性
C．能量越小的实物粒子，其德布罗意波长越短
D．光的色散说明光具有粒子性
9．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
10．2021年1月21日，科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术首次“拍摄”到新冠病毒的3D影像，如图所示。冷冻电镜（全称：冷冻透射电子显微镜）是目前结构生物学广泛使用的科研利器，它以高速电子束为“光源”穿透样品，以获得样品内部的结构信息。光学显微镜由于受光的衍射现象限制，最高分辩率仅为，而冷冻电镜的分辨率比光学显微镜高1000倍以上，可达。已知电子的质量为，电子的电荷量为，普朗克常量为，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（　　）
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常长
B．冷冻电镜的分辨率与加速电压有关：加速电压越高，则分辨率越低
C．德布罗意波长为的电子，可由静止电子通过的电压加速而得到
D．若用相同动能的质子代替电子，也能“拍摄”到新冠病毒的3D影像
二、填空题
11．推动了核物理和粒子物理的发展，人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个_______（填“宏观”或“微观”）层次的物质结构，又促进了_______学和宇宙学的研究。
12．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子，该光子的能量为______，反冲核的质量为m，则反冲核的物质波的波长为______。
13．_______现象、_______现象证明光具有波动性，_____现象证明光具有粒子性，因而光具有_________性。
14．说明：除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的_______，对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确。
15．光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有____性，光既具有波动性，又具有___ 性，即光具有_____性。
三、解答题
16．如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？（中子的质量为1.67×10-27kg，普朗克常量为6.63×10-34 J·s，结果保留三位有效数字）
17．有人设想在太空中利用太阳帆船进行星际旅行。利用太空中阻力很小的特点，制作一个面积足够大的帆接收太阳光，利用光压（光对被照射物体单位面积上所施加的压力）推动太阳帆船前进。假设在太空中某位置，太阳光在单位时间内垂直通过单位面积的能量为，太阳光波长的数值为，光速为c，太阳帆板的面积为A，太阳帆船的总质量为M，太阳光照射到太阳帆板上的反射率为百会之百，求太阳光的光压作用在太阳帆船上产生的最大加速度。根据上述对太阳帆船的了解及所学过的知识。请简单说明太阳帆船设想的可能性及困难（至少两条）。
18．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，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%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m。
(1)求飞船加速度的表达式（光子动量p=）；
(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？
19．用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压U的变化图象如图所示，已知普朗克常量为h，电子的质量m、带电量为-e，求：
①照射在金属表面上的这束光的最小功率P；
②逸出光电子的物质波的最短波长。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
与光子相比，电子的动量大，根据动量与波长的关系，有
可知，电子的波长短，根据衍射现象的规律，波长越短衍射现象越不明显，则显微镜的分辨本领越强。
故选C。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，A不符合题意；
B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B不符合题意；
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，C不符合题意；
D．德布罗意波波长为
其中p为微观粒子的动量，故微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，D符合题意。
故选D。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象，A正确；
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；
C．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，C错误；
D．德布罗意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正确。
故选C。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
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。
5．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，故A错误；
BCD．光具有波粒二象性，是一种概率波，故B正确，CD错误。
故选B。
6．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．光的偏振现象，证明光是横波，选项A正确，不符合题意；
B．康普顿效应说明x射线具有粒子性，选项B错误，符合题意；
C．光电效应现象说明光具有粒子性，，选项C正确，不符合题意；
D．电子衍射现象证实了电子的波动性，选项D正确，不符合题意；
故选B。
7．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．德布罗意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，故A错误；
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，故B错误；
C．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；
D．爱因斯坦提出在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，并成功地解释了光电效应现象，故D正确。
故选D。
8．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．电子的衍射现象说明运动的电子具有波动性，选项A正确；
B．光的偏振现象说明光是横波，选项B错误；
C．根据
可知，能量越小的实物粒子，其德布罗意波长越长，选项C错误；
D．光的色散说明光具有波动性，选项D错误。
故选A。
9．A
【解析】
【分析】
【详解】
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。
10．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短，A错误；
B．根据德布罗意波长公式
而
对电子加速过程应用动能定理得
联立可得
由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，B错误；
C．由公式
得
C错误；
D．根据公式，因为
动能相同时，波长与质量的二次方根成反比，而，所以，由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，能“拍摄”到新冠病毒的3D影像， D正确。
故选D。
11． 微观 天文
【解析】
【分析】
【详解】
略
12．
【解析】
【详解】
[1]该光子的能量为
[2]静止的原子核放出光子后，反冲核与光子组成的系统动量守恒，则
则反冲核的物质波波长
13． 干涉 衍射 光电效应 波粒二象
【解析】
【详解】
[1][2][3][4]干涉现象、衍射现象证明光具有波动性，光电效应现象证明光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。
14．波动性
【解析】
【分析】
【详解】
略
15． 粒子 粒子 波粒二象
【解析】
略
16．3.97×10-10 m，6.63×10-35 m
【解析】
【分析】
【详解】
中子的动量为
子弹的动量为
由
知中子和子弹的德布罗意波长分别为
，
联立以上各式解得
，
代入数据可解得
，
17．
【解析】
【分析】
【详解】
太空帆平面与太阳光的照射方向垂直时，光压最大，此时太空船产生的加速度最大．
t时间内垂直照射到太空帆上的光的总能量为
Em=AtE0
一个光子的能量为
t时间内垂直照射到太空帆上的光子个数为
一个光子的动量为

对t时间内垂直照射到太空帆上的N个光子（取光子飞向太空帆的速度方向为正方向）
-Ft=-NP-NP
对太空船
F=Ma
解得
从上述计算可知，利用光压推动太阳帆船前进，进行星际旅行，从理论上讲是可行的，并且同火箭和航天飞机迅速消耗完的燃料相比，太阳光是无限的动力之源，只要有阳光存在的地方，它会始终推动飞船前进．
困难：一是单位面积上的光压很小，为获得足够的动力，需要制造很轻很大太空帆，从制造到送入太空、在太空中展开，这些都存在困难；二是太空帆不仅会接收到太阳光，也会受到深空来自宇宙的带电粒子的干扰；三是利用光压改变飞船的飞行方向在技术上也存在一定的困难．四是飞船离开星球和靠近星球时要受到星球的引力作用，此时必须依靠飞船上携带的燃料提供动力才能完成任务；
18．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(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，所以
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再反射（被太阳帆吸收），光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为
F′=
飞船的加速度
a′=
19．①P=hν0；②
【解析】
【分析】
【详解】
(1)设单位时间内有n个光子照射在金属上，饱和光电流为
，=
又因为
E=nhν0=hν0
解得
P=hν0
(2)由图可知遏止电压为，根据动能定理
物质波的波长公式为
，p=
逸出光电子的物质波的最短波长为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页