4.5粒子的波动性和量子力学的建立（Word版含答案）

4.5 粒子的波动性和量子力学的建立
一、单选题
1．下列说法中不正确的是 （ ）
A．电子束穿过铝箔后的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
B．物质波是一种概率波
C．能量越小的光子其波动性越显著
D．只要测量环境适合，可以同时确定微观粒子的动量和位置
2．a、b两个小球在一直线上发生碰撞，它们在碰撞前后的s－t图像如图所示。若a球的质量ma=5kg，则b球的质量mb为（　　）
A．5kg B．12.5kg C．7.5kg D．15kg
3．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，下列说法正确的是（　　）
A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大
B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大
C．散射后电子的速度一定变大
D．散射后电子的能量一定变大
4．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（　　）
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用红光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
5．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　）
A．波粒二象性指的是光在一些场合表现为波动性，在另一些场合表现为粒子性
B．光波频率越高，粒子性越明显
C．能量较大的光子其波动性越显著
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．英国科学家牛顿是经典力学理论体系的建立者，他有一句名言是：“如果我所见到的比笛卡儿要远些，那是因为我站在巨人的肩上。”关于牛顿等这些科学“巨人”及其成就，下述说法错误的是（　　）
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”
C．卡文迪许在实验室较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，既适用于低速运动也适用于高速运动；既适用于宏观世界，也适用于微观世界
7．法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波。如果有两个电子的速度分别为v1和v2，且v1＝2v2。则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为（　　）
A．λ1∶λ2＝1∶2 B．λ1∶λ2＝4∶1 C．λ1∶λ2＝2∶1 D．λ1∶λ2＝1∶4
8．下列说法正确的是（　　）
A．光波是概率波，物质波是机械波
B．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小
C．普朗克的量子化假设是为了解释光电效应而提出的
D．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性
9．如图所示，A、B两小球在光滑水平面上分别以动量p1＝4 kg·m/s和p2＝6 kg·m/s（向右为参考正方向）做匀速直线运动，则在A球追上B球并与之碰撞的过程中，两小球的动量变化量Δp1和Δp2可能分别为（　　）
A．－2 kg·m/s， 3 kg·m/s B．－8 kg·m/s， 8 kg·m/s
C．1 kg·m/s，－1 kg·m/s D．－2 kg·m/s， 2 kg·m/s
10．经典力学规律有其局限性。物体以下列哪个速度运动时，经典力学规律不适用（　　）
A．2.5×10－5 m/s B．2.5×102 m/s
C．2.5×103 m/s D．2.5×108 m/s
11．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．X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，所以宏观物体不具有波动性
12．光电效应是十九世纪末人类发现的非常神奇的物理现象之一。关于光电效应，以下说法正确的是（　　）
A．用紫光照射某金属能发生光电效应，用黄光照射该金属一定能发生光电效应
B．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
C．在发生光电效应的前提下，仅增大照射光的强度，饱和光电流一定增大
D．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
13．普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（　　）
A．J·s/kg B．J/m C．J·m D．m/s
14．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，下列说法中正确的是
A．该过程不遵循能量守恒定律
B．该过程不遵循动量守恒定律
C．散射光中存在波长变长的成分
D．散射光中存在频率变大的成分
二、多选题
15．以下说法中不正确的是___________.
A．汤姆孙通过实验发现了质子
B．查德威克通过实验发现了中子
C．德布罗意认为一切物体都有波粒二象性
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电数应，是因为光的强度太弱
16．关于下列四幅图对应的四种说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射规律提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．光电效应实验中的锌板带正电
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了德布罗意关于物质波的假设是正确的
D．α粒子散射实验揭示了原子核的内部结构
17．下列说法中正确的是 ( )
A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
E．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短
18．下列说法正确的是（　　）
A．电子衍射现象的发现为物质波理论提供了实验支持
B．玻尔认为，原子中电子的轨道是量子化的，能量也是量子化的
C．对粒子散射实验的研究使人们认识到中子是原子核的组成部分
D．天然放射现象的发现使人们认识到原子核具有复杂的结构
19．为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：
（1）用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像（由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高）；
（2）利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列
则下列分析中正确的是（）
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
20．用波长为的单色光照射某种金属，发生光电效应，逸出的动能最大的光电子恰好能使处于基态的氢原子电离．已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，基态氢原子的能量为E0．则下列说法正确的是
A．单色光的光子能量为
B．逸出的光电子的最大初动能为E0
C．该金属的截止频率为+
D．该金属的逸出功为
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
电子束穿过铝箔后的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，选项A正确；物质波是一种概率波，选项B正确；由可知， 能量越小的光子频率越小，其波动性越显著，选项C正确；根据不确定原理可知，不可能同时确定微观粒子的动量和位置，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
2．B
【解析】
【详解】
根据位移－时间图象的斜率等于速度可知，碰撞前，b的速度为0，a的速度为
碰撞后，a的速度为
b的速度为
取碰撞前a速度方向为正方向，由动量守恒定律得
解得，故B正确，ACD错误。
故选B。
3．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．光在介质中的传播速度与光的频率无关，只与介质有关，故相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度不变，选项A错误；
B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则因散射后光的能量变大，故照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，选项B正确；
CD．散射后电子的部分能量传给光子，则动能减小，速度减小，选项CD错误；
故选B。
4．A
【解析】
【详解】
A．绿光能使金属发生光电效应，增加绿光的光照强度，光子数增加，则逸出的光电子数增加，A正确；
B．根据光电效应方程可知光电子的最大初动能与光的频率有关，与光照强度无关，B错误；
C．紫光的频率大于绿光，所以若改用紫光照射，则一定会发生光电效应，C错误；
D．红光的频率小于绿光，根据光电效应方程可知逸出的光电子的最大初动能减小或者不会发生光电效应，D错误。
故选A。
5．C
【解析】
【详解】
A．光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，故A不符合题意；
BC．在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B不符合题意，C符合题意。
D．光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故D不符合题意。
故选C。
6．D
【解析】
【详解】
A．开普勒在研究了天文学家第谷的行星观测记录的基础上，发现并提出了行星运动定律，A正确；
B．牛顿提出万有引力定律，后人利用这一理论发现的海王星，被称为“笔尖下发现的行星”，B正确；
C．卡文迪许在实验室利用扭秤实验较准确地测出了引力常量G的数值，并说该实验是“称量地球的重量”，C正确；
D．以牛顿运动定律为基础的经典力学，包括万有引力定律，适用于宏观低速的运动，D错误。
本题选择错误选项，故选D。
7．A
【解析】
【详解】
两个电子的速度之比
v1：v2=2：1
则两个电子的动量之比
p1：p2=2：1
故由
可得两个电子的德布罗意波长为
λ1：λ2=1：2
故A正确，BCD错误。
故选A。
8．D
【解析】
【详解】
A．光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）可用波动规律来描述．所以从光子的概念上看，光波是一种概率波．光波和物质波都属于概率波，且都具有波粒二象性，故A错误；
B．根据测不准关系，可知微观粒子的动量和位置的不确定量一个变大的同时，另一个变小，故B错误；
C．普朗克的量子化假设是为了解释黑体辐射规律，故C错误；
D．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性，故D正确。
故选D。
9．D
【解析】
【详解】
A．由于碰撞过程中，动量守恒，两小球动量变化大小相等，方向相反，因此A错误；
B．因为碰撞的过程中动能不增加。若Δp1和Δp2分别为-8kg·m/s，8kg·m/s，则p1′=-4kg·m/s，p2′=14kg·m/s根据知碰撞过程中动能增加，B错误；
C．两球碰撞的过程中，B球的动量增加，Δp2为正值，A球的动量减小。Δp1为负值，故C错误；
D．变化量为-2kg·m/s，2kg·m/s，符合动量守恒、动能不增加量，以及要符合实际的规律。故D正确。
故选D。
10．D
【解析】
【分析】
【详解】
当速度接近光速时，由相对论规律可知，物体的质量将随速度的变化而变化，经典力学不再适用。（当物体的速度接近光速时，从相对论角度来说，时间延长、空间缩短、质量增加）
故选D。
11．C
【解析】
【详解】
A．运动的物体才具有波动性，A项错误；
B．X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错误；
C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的，选项C正确；
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，但仍具有波动性，D项错误；
故选C。
12．C
【解析】
【详解】
A．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，因紫光的频率高于黄光的频率，若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，则用黄光照射不一定发生光电效应，A错误；
B．根据发生光电效应的条件可知，增加光照的强度，不一定能发生光电效应，B错误；
C．根据光电效应实验得出的结论知，保持照射光的频率不变，照射光的强度变大，饱和电流变大，C正确；
D．根据光电效应方程式
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率为线性关系，不成正比例，D错误。
故选C。
13．A
【解析】
【详解】
根据
可知h的单位为J s，则在国际单位制下的单位是J s/kg。
故选A。
14．D
【解析】
【详解】
逆康普顿散射与康普特散射一样也遵守能量守恒定律、动量守恒定律，所以AB错误；由于有能量从电子转移到光子，所以光子的能力增大，频率变大，波长变短，故C错误；D正确．
15．AD
【解析】
【详解】
A. 汤姆孙通过实验发现了电子，故A错误；
B. 查德威克通过实验发现了中子，故B正确；
C. 德布罗意认为一切物体都有波粒二象性，故C正确；
D. 一束光照射到某种金属上不能发生光电数应，是因为光的频率没有达到极限频率，故D错误。
故选AD。
16．ABC
【解析】
【详解】
试题分析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型；根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性．
解：A、普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A正确．
B、该图为光电效应现象图，锌板失去电子而带正电，故B正确．
C、根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故C正确．
D、卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故D错误．
故选ABC．
17．ABD
【解析】
【详解】
A．普朗克提出了最小能量值即能量子的概念，A正确；
B．粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转，说明原子内部大部分空间是空的，几乎全部质量集中在一个很小的空间中，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，B正确；
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，由于库仑力作正功，电子的动能增大，电势能减小，C错误；
D．从金属表面逸出的光电子的最大初动能等于光子能量减去这种金属的逸出功，最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，D正确；
E．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子能量减小，频率降低，根据C=f，因此，光子散射后波长变长，E错误．
18．ABD
【解析】
【详解】
A．电子衍射现象的发现为物质波理论提供了实验支持，选项A正确；
B．玻尔认为，原子中电子的轨道是量子化的，能量也是量子化的，选项B正确；
C．对粒子散射实验的研究使人们认识到原子具有核式结构，不能说明中子是原子核的组成部分，选项C错误；
D．天然放射现象的发现使人们认识到原子核具有复杂的结构，选项D正确。
故选ABD。
19．AD
【解析】
【详解】
A.由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，故A正确；
B.由题目所给信息“电子的物质波波长很短，并结合德布罗意波可知波长越短，则速度越大，故B错误
CD.由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当，D正确，C错误．
故选AD
20．AC
【解析】
【详解】
A.单色光的能量:;故A正确.
B.由于动能最大的光电子恰好能使处于基态的氢原子电离，则光电子的最大初动能为;故B错误.
CD.根据光电效应方程: 可得：,;故C正确，D错误.
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