6.4实物粒子具有波动性同步训练（Word版含答案）

6.4实物粒子具有波动性
一、选择题（共15题）
1．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　）
A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
B．光的频率越高，粒子性越明显
C．能量越大的光子其波动性越显著
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下的光的波动性表现明显
2．下列说法正确的是（　　）
A．任意运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射
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．实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（　　）
金属 钨 钙 钠
截止频率νc/（×1014Hz） 10.95 7.73 5.53
逸出功W0/eV 4.54 3.20 2.29
A．如用金属钨做实验得到的Ek－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B．三种金属原子的动能相同，金属钨原子的德布罗意波长最大
C．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜νc时，可能会有光电子逸出
D．如用金属钠做实验得到的Ek－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，－Ek2），则Ek2＜Ek1
4．如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最大的是（ ）
A．α粒子 B．中子 C．质子 D．电子
5．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是 （ ）
A．能量较大的光子其波动性越显著．
B．光波频率越高，粒子性越明显．
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性．
D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出显示波动性．
6．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是（ ）
A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B．光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，是因为宏观物体的波长太大
7．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，则显微镜工作时电子的加速电压应为（　　）
A． B．
C． D．
8．用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明(　　)
A．光只有粒子性没有波动性
B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
C．光只有波动性没有粒子性
D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
9．下列说法正确的是（　　）
A．如果要更准确地确定粒子的位置，那么动量的测量一定会更不准确
B．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光强度和频率均有关
C．当观察者与波源相互靠近时，接收到波的频率一直增大
D．康普顿效应证明了光子只具有动量
10．德布罗意提出实物粒子具有波动性，与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，其波长与粒子的动量存在某种关系。从静止开始先后经同一加速电场加速后的氘核和粒子的德布罗意波波长之比为（　　）
A． B． C． D．
11．用三种不同的单色光照射同一金属做光电效应实验，得到的光电流与电压的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．单色光A和B是颜色相同、强度不同的光
B．单色光A的频率大于单色光C的频率
C．单色光A的遏止电压大于单色光C的遏止电压
D．A光对应的光电子德布罗意波长大于C光对应的德布罗意波长
12．下列说法中正确的是
A．阳光下肥皂泡上的彩色条纹和雨后彩虹的形成原理是相同的
B．只有大量光子才具有波动性，少量光子只具有粒子性
C．电子的衍射现象说明其具有波动性，这种波不同于机械波，它属于概率波
D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射
13．量子理论是现代物理学两大支柱之一．量子理论的核心观念是“不连续”．关于量子理论，以下说法正确的是（　　）
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”
B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应
C．康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的
D．海森伯的不确定性关系告诉我们电子的位置是不能准确测量的
14．根据爱因斯坦“光子说”可知，下列说法错误的是（ ）
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B．光的波长越大，光子的能量越小
C．一束单色光的能量可以连续变化
D．只有光子数很多时，光才具有粒子性
15．电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（　　）
A．发射电子的动能约为8.0×10-15J
B．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m
C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉
D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
二、填空题
16．判断下列说法的正误。
（1）一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。( )
（2）电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。( )
（3）宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长。( )
（4）量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。( )
17．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。
18．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。
19．一个质量为、电荷量为的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后（加速电压为），该粒子的德布罗意波长为___________
三、综合题
20．试根据相关实验解释为什么光是一种概率波？
21．已知铯的逸出功为，现用波长为的入射光照射金属铯。（普朗克常量，元电荷，电子的质量为）
（1）能否发生光电效应？
（2）若能发生光电效应，则光电子的德布罗意波长最短为多少？
22．已知铯的逸出功为1.9eV，现用波长为4.3×10－7m的入射光照射金属铯．
（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波长最短为多少．（电子的质量为m=0.91×10－30kg）
23．根据光的粒子性，光的能量是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，光子具有动量和能量．已知光在真空中的速度为c，普朗克常量为h．
（1）请根据爱因斯坦质能方程和光子说证明光子动量的表达式为P=，并由此表达式可以说明光具有什么特性？
（2）实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿散射，请定性分析散射光的波长将如何变化？
（3）惯性质量和引力质量是两个不同的物理概念．万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或变引力作用的本领，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量．牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量，它是物体惯性的量度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量．频率为的一个光子具有惯性质量，此质量由相对论知识可以推得可由光子的能量确定，请通过本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式．
（4）接第三问，假定光子也有引力质量，量值等于惯性质量．据相对论等近代物理知识可知：从一颗星球表面发射出的光子，逃离星球引力场时，该光子的引力质量会随着光子的运动而发生变化，光子的能量将不断地减少．
a.试分析该光子的波长将如何变化？
b.若给定万有引力常量G，星球半径R，光子的初始频率，光子从这颗星球（假定该星球为质量分布均匀的圆球体）表面到达无穷远处的频移（频率变化量值）为，假定<<,星球和光子系统的引力势能表达式为：（选定光子和星球相距无穷远处为零势能处），此表达式中的r为光子到星球中心的距离，试求该星球的质量M．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
AD．波粒二象性指光有时表现出的粒子性明显，有时表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显，故AD正确不符合题意；
BC．光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B正确不符合题意，C错误符合题意。
故选C。
2．A
【详解】
A．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，而不仅仅是微观粒子，都具有一种波和它对应，即物质波。故A正确；
B．康普顿效应表明光子不但有能量，而且还有动量，选项B错误；
C．紫光照射某金属时有电子向外发射，因红光的频率小于紫光，则红光照射该金属时不一定有电子向外发射，选项C错误；
D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，选项D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．由光电效应方程：
可知，图线的斜率表示普朗克常量，横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，也可能知道极限波长，根据可求出逸出功. 普朗克常量与金属的性质、与光子的最大初动能、入射光的频率无关，如用金属钨做实验得到的图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，故A错误；
B．德布罗意波长为
又
解得
动能相等，钨的质量m最大，则钨的德布罗意波长最小，选项B错误；
C．如用金属钨做实验，当入射光的频率时，不可能会有光电子逸出，故C错误；
D．如用金属钠做实验得到的图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，），由于钠的逸出功小于钙的逸出功，则，故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
试题分析：德布罗意波长为，又P=mv，解得：，速度大小相同，电子的质量m最小，则电子的德布罗意波长最大．故选D.
5．A
【详解】
能量较大的光子的波长短，其粒子性越显著，故A错误；光的波长越长，其波动性越显著，频率越高，波长越短，其粒子性越显著，故B正确；光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，故C正确；个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，故D正确；本题选择不正确的，故选A.
6．C
【详解】
A.只有运动的物体才具有波动性，A项不符合题意；
B.X光是坡长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，选项B不符合题意；C.电子是实物粒子，它的衍射能证实物质波的存在，选项C符合题意．
D.宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，D 项不符合题意；
7．D
【详解】
物质波的波长为
解得
由动能定理可得
联立解得
故选D。
8．B
【详解】
由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图3中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故ACD错误，B正确；故选B．
9．A
【详解】
A．由不确定性关系知，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，A正确；
B．由光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，B错误；
C．如果观察者与波源相对速度一定，接收到波的频率也一定，C错误；
D．康普顿效应证明了光子既具有能量也具有动量，D错误。
故选A。
10．D
【详解】
粒子被加速电场加速后的速度由动能定理知
解得
则粒子的动量为
又根据德布罗意波波长的公式
代入数据可得
则从静止开始先后经同一加速电场加速后的氘核和粒子的德布罗意波波长之比为
ABC错误，D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．由图可知，单色光A和单色光B的遏止电压相同，因此它们是同一种色光，而饱和电流不同，可知这两束光的强度不同，A正确；
BC．根据
同种金属，逸出功W相同，单色光A的遏止电压小于于单色光C的遏止电压，遏止电压越大，入射光的频率越高，因此单色光A的频率小于单色光C的频率，BC错误；
D．A光对应的光电子的最大初动能小于C光对应光电子的最大初动能，但C光对应的光电子中，大量光子不一定具有最大初动能，也可能有些光电子动能小于A光对应的光电子的动能，也就是可能出现A光对应的光电子的动量大于C光对应光电子的动量，根据德布罗意波长
A光对应的光电子德布罗意波长可能小于C光对应的德布罗意波长，D错误。
故选A。
12．C
【详解】
雨后天边出现彩虹是光的色散，肥皂泡上的彩色条纹是肥皂泡内外两个表面反射回的光发生干涉形成的，叫薄膜干涉．故A错误；由于光具有波动性，又具有粒子性，单个光子即具有粒子性也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显；故B错误；电子的衍射现象说明其具有波动性，这种波不同于机械波，它属于概率波，故C正确；电子显微镜分辨率比光学显微镜更高，是因为它利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射．故D错误；故选C．
13．ABC
【详解】
普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，选项A正确；爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应，选项B正确； 康普顿效应证明光的粒子性，光具有动量，也说明光是不连续的，选项C正确； 海森伯的不确定性关系告诉我们，在微观领域，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量．故D错误；故选ABC.
14．ACD
【详解】
AC．爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的，每一份叫做一个光子，能量与频率成正比，即
故一束单色光的能量是不连续的，而牛顿的“微粒说”认为光是类似于小球的微粒，能很好的解释了光的反射和折射，但无法解释光的干涉及衍射，故两种说法本质不同，AC错误，符合题意；
B．由
可知光的波长越大，光子的能量越小，B正确，不符合题意；
D．少量光子时，体现出粒子性，大量光子时，体现出波动性，D错误，符合题意。
故选ACD。
15．BD
【详解】
A．根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为
故A错误；
B．发射电子的物质波波长约为
故B正确；
CD．物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确；
故选BD。
16． 错误 正确 错误 正确
17． 微观 天文
18．波动性
19．或
【详解】
设加速后速度为v，由动能定理得
由德布罗意波长公式得
联立可得
20．近代物理认为光具有波动和粒子两面性，在频率大的时候容易表现出粒子性，频率小的时候容易表现出波的性质．
【详解】
试题分析：光子到达亮条纹处的概率较大，到达暗条纹处的概率较小，所以我们可以说光是一种概率波．
21．（1）能；（2）
【详解】
（1）因为入射光子的能量
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
而光电子的最大动量为
则光电子的德布罗意波长的最小值为
22．（1）能（2）1.2×10－9m
【详解】
（1）入射光子的能量
eV
由于E=2.9eV＞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=hv－W0=1.6×10－19J
而光电子的最大动量
则光电子的德布罗意波波长的最小值
23．(1) 波粒二象性；（2）散射光的波长将会变小；（3）；（4）a．波长将会变大；b. ；
【详解】
(1)根据爱因斯坦质能方程和光子说可以得到光子能量E=；
光子动量P=mc= ，光子动量表达式：P=h/λ，说明光具有波粒二象性．
(2)因为在散射过程中有能量从电子转移到光子，则光子的能量增大，因为光子的能量
E=，故散射光的波长将会变小．
(3)根据本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式为
(4)a．因为光子能量减小，根据E=可知，该光子的波长将会变大．
b.根据能量守恒定律可知：光子能量的损失量等于星球与光子系统的引力势能的增加量．
假定光子到达无穷远处的频率为，，引力质量为m，，光子的初始引力质量为m，
则有：，
可得：．
<<意味着光子能量的相对变化量很小，故从第三问可知：
继而可做如下推演：
；
则有：
对于从半径为R的星球表面发射的光子，便有
由此可求得该星球的质量
答案第1页，共2页