4.4德布罗意波 自主提升过关练（Word版含解析）

4.4德布罗意波 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．下列关于光的本性说法正确的是（ ）
A．在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越明显
B．频率越低的光粒子性越明显
C．大量光子往往表现波动性，少量光子往往表现粒子性
D．若让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨道做极有规律的匀速直线运动
2．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＝1.6×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动能的数量级为（　　）
A．10－15 J B．10－19 J
C．10－21 J D．10－34 J
3．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
4．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是（　　）
A．粒子的动量越小，其波动性越易观察
B．速率相同的质子和电子，质子的德布罗意波长比电子长
C．康普顿效应进一步证实了光的波动说的正确性
D．电子的衍射现象可以证明光具有粒子性
5．关于粒子的波动性，下列说法正确的是（　　）
A．实物粒子具有波动性，仅是一种理论假设，无法通过实验验证
B．实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越大
C．只有带电的实物粒子才具有波动性，不带电的粒子没有波动性
D．实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短
6．关于物质波下列说法中正确的是（　　）
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质
B．物质波和光波都不是概率波
C．粒子的动量越小，其波动性越易观察
D．粒子的动量越大，其波动性越易观察
7．下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布，与黑体的温度无关
B．爱因斯坦首次提出能量量子假说，成功解释了黑体辐射规律
C．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性
D．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
8．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
9．2021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，下列有关说法正确的是（　　）
A．玻尔在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．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．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．普朗克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
10．2021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
11．一台激光器发出的激光功率为P，光束垂直入射到真空中的某一平面，被平面完全反射后频率保持不变。已知光的波长为λ，光在真空中的速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．激光的波长越短，其光子的动量越小
B．被平面反射后激光光子的动量变大
C．光束对平面的压力为
D．单位时间里入射到平面的光子数目为
12．如图所示，、、、分别是不同的单色光通过相同的双缝或单缝形成的干涉或衍射图样，分析各图样的特点，可以得出的正确结论是（　　）
A．、是光的衍射图样，、d是光的干涉图样
B．形成图样光的光子能量比形成图样光的光子能量小
C．形成图样光的光子动量比形成图样光的光子动量大
D．形成图样的光在同一种玻璃介质中传播的速度比形成图样的光大
13．关于物质波，下列说法中正确的是（ ）
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质
B．电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
C．粒子的动量越小，其波动性越易观察
D．粒子的动量越大，其波动性越易观察
14．在“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，用放长为λ1和λ2的两束单色光分别照射同双缝干涉装置，在观察解上形成干涉条纹，测得干涉条纹间距分别为Δx1、Δx2，且Δx1<Δx2，下列说法中正确的是（ ）
A．两光子的动量
B．当两单色光从玻璃射向真空时，其临界角
C．两单色光的频率之比
D．若这两束光都能使某种金属发生光电效应，产生的光电子最大初动能之比
15．波粒二象性是微观粒子的基本特征，以下说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
二、解答题
16．已知光子有动量，其动量的计算公式为 ，式中h是普朗克常量，λ是光的波，长．既然光子有动量，那么光照射到物体表面被吸收或被反射时就会对物体有压力，叫做 “光压”．有人设想在遥远的宇宙探测中利用光压力作动力推动航天器加速，这样可以大大减少航天器发射的自身的体积和重量的影响，在某个设计方案中，计划给探测器安上面积极大，反射率极高的薄膜，并设法让它始终正对太阳．
(1)已知在地球绕日轨道上，每平方米面积上得到的太阳光的功率为P0 = 1.35kW，探测器本身的质量为M=100kg，薄膜面积为S=4×104m2，那么探测器由地球发射到太空时，由于太阳光的光压而得到的加速度将为多大
(2)若探测器仅靠光压加速，那么每一天内增加的速度将是多大
17．光子具有能量，也具有动量．光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”，光压的产生机理如同气体压强；大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强，设太阳光每个光子的平均能量为E，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P0，已知光速为c，则光子的动量为，求：
（1）若太阳光垂直照射在地球表面，则时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少？
（2）若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r的某圆形区域内被完全反射（即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽略不计），则太阳光在该区域表面产生的光压（用Ｉ表示光压）是多少？
参考答案
1．C
【解析】
A．光虽然具有波粒二象性，但是，在具体情况下，有时波动性明显，有时粒子性明显，这是微观粒子的特征要想观察到明显的衍射现象满足的条件是：障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小很多，所以频率越高的光，波长越小，衍射现象越不明显，A错误；
B．频率越低波长越长，波动性越显著，粒子性越不显著，B错误；
C．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，C正确；
D．如果让光子一个一个地通过狭缝，体现光的粒子性，他们将没有规律的打到光屏上，D错误。
故选C。
2．C
【解析】
根据德布罗意波理论，中子动量为
中子动能为
联立代入数据可估算出中子动能的数量级为10－21 J。
故选C。
3．C
【解析】
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。
4．A
【解析】
A．由
知，p越小，λ越大，其波动性越易观察，A正确；
B．由
则
质子的质量大于电子的质量，质子的德布罗意波长比电子短，B错误；
C．康普顿效应进一步证实了光的粒子特性，C错误；
D．电子的衍射说明实物粒子也具有波动性，D错误。
故选A。
5．D
【解析】
A．戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，得到电子的衍射图样，证明了实物粒子的波动性，故A错误；
BD．根据德布罗意的波长公式
又动量与动能的大小关系有
联立两式可得
所以，实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短；实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越短，故B错误，D正确；
C．粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。
故选D。
6．C
【解析】
【详解】
A、实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是同一种物质，故选项A错误；
B、根据德布罗意的物质波理论，物质波和光波一样都是概率波，故选项B错误；
CD、根据德布罗意的物质波理公式，可知粒子的动量越大，波长越小，其波动性越不明显；粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，越容易观察，故选项C正确，D错误．
7．C
【解析】
A．根据黑体辐射规律知，黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故A选项错误；
B．普朗克首次提出能量量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故B选项错误；
C．康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，电子的衍射说明实物粒子也具有波动性，故C选项正确；
D．宏观物体的物质波波长非常小，极不容易观察到它的波动性，选项D错误。
故选C。
8．D
【解析】
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。
9．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，所以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，所以B错误；
C．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，所以C正确；
D．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，所以D错误；
故选C。
10．C
【解析】
A．内能是指物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，而不是物体宏观运动的动能和势能的总和，故A错误；
B．从低温到高温，内能增加，内能的宏观表现是温度，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小，故B错误；
C．任何运动的物体都具有波粒二象性，故C正确；
D．沙尘暴的运动是气流运动形成的，而布朗运动只能用显微镜观察，肉眼是看不到的，故D错误。
故选C。
11．C
【解析】
【详解】
A．根据可知，激光的波长越短，其光子的动量越大，选项A错误；
B．被平面反射后激光光子的动量大小不变，选项B错误；
C．因
根据动量定理
即
即光束对平面的压力为，选项C正确；
D．单位时间（t=1s）里入射到平面的光子数目为
选项D错误。
故选C。
12．B
【解析】
A．双缝干涉图样的条纹是等间距的，衍射条纹间距不等，故a、b是干涉条纹，c、d是衍射条纹，故A错误；
B．根据
可知，a光的波长长，则频率低，由
可知，形成图样光的光子能量比形成图样光的光子能量小，故B正确；
C．由图样可知，光的波长长，由德布罗意波公式
可知，形成图样光的光子动量比形成图样光的光子动量小，故C错误；
D．d光的波长短，频率高，所以在同种玻璃中折射率大，由
可知形成d图样的光在同一种玻璃介质中传播的速度比形成图样的光小，故D错误。
故选B。
13．BC
【解析】
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是相同本质的物质，A错误；
B．电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，B正确；
CD．根据德布罗意的物质波公式
可知粒子的动量越大，波长越短，其波动性越不明显；粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，越容易观察，C正确，D错误。
故选BC。
14．AC
【解析】
A．用波长为λ1和λ2的两束单色光分别照射同一双缝干涉装置，根据双缝干涉条纹公式可知，，△x1＜△x2，则λ1＜λ2，根据可知，两光子的动量p1＞p2，故A正确；
B．根据波长、频率和波速的关系可知，c=λv，由λ1＜λ2可知，v1＞v2，频率大的光折射率大，即n1＞n2，根据临界角公式可知，，折射率大的临界角小，故当两单色光从玻璃射向真空时，其临界角C1＜C2，故B错误；
C．根据波长、频率和波速的关系可知，c=λv，则两单色光的频率之比
故C正确；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可知，Ek=hv-W，若这两束光都能使某种金属发生光电效应，产生的光电子最大初动能之比
故D错误。
15．BD
【解析】
【详解】
A．光电效应揭示了光的粒子性，A错误；
B．衍射是波特有的性质，热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性，B正确；
C．黑体辐射的实验规律用能量量子化解释，C错误；
D．根据可知动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等，D正确。
故选BD。
16．(1) 3.6 × 10-3m/s2 (2)△υ=a△t=311m／s
【解析】
【详解】
（1）)由和可得；
设每秒照射到薄膜上光子个数为n，则；
由动量定理，当入射光全部被反射时，有，
由牛顿第二定律，得；
（2）若探测器仅靠光压加速，那么每一天内增加的速度为
17．（1）；；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）时间t内太阳光照射到面积为S的圆形区域上的总能量
解得
照射到此圆形区域的光子数
解得
（2）因光子的动量
则达到地球表面半径为r的圆形区域的光子总动量
因太阳光被完全反射，所以时间t内光子总动量的改变量
设太阳光对此圆形区域表面的压力为F，依据动量定理
太阳光在圆形区域表面产生的光压
解得
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