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、选择题（共15题）
1．根据物质波理论，以下说法中正确的是（　　）
A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B．微观粒子没有波动性，宏观物体有波动性
C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太短
D．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
2．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著
C．实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
D．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
3．关于波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．有的光只是粒子，有的光只是波
B．康普顿效应表明光是粒子，并具有动量
C．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
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
4．波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是（　　）
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．康普顿效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面
C．黑体辐射的强度与温度无关
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等
5．关于光的本性，下列说法正确的是（ ）
A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的
B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点
C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性
D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性
6．下列说法中正确的是（　　）
A．光是一种概率波，物质波也是概率波
B．麦克斯韦首次通过实验证实了电磁波的存在
C．某单色光从一种介质进入到另一种介质，其频率和波长都将改变
D．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
7．下列关于光具有波粒二象性的叙述中正确的是( )
A．光的波动性与机械波、光的粒子性与质点都是等同的
B．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
C．光有波动性又有粒子性，是互相矛盾的，是不能统一的
D．光的频率越高，波动性越显著
8．根据光的波粒二象性可知，光与其他物体发生相互作用时表现出粒子性，波长为的光子能量为，动量为，为普朗克常量，为光在真空中的传播速度。科研人员用强激光竖直向上照射一水平放置的小玻璃片，激光子全部被吸收，产生的“光压”把小玻璃片托在空中。若小玻璃片质量为，重力加速度为，则激光的发射功率为（　　）
A． B． C． D．
9．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
10．如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，根据此图判定错误的是（　　）
A．Hα对应的原子前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的传播速度最大
C．光子的动量最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能产生光电效应
11．下列表述中正确的是
A．核反应中，氦核（）的比结合能小于氘核（）
B．铀238经一次衰变和一次衰变后，形成的新核相比铀238质量数减少了4，电荷数减少3.
C．科技的进步，测量工具精度的提升，将来可以同时精确测量微观粒子的位置和动量
D．宏观物体的德布罗意波的波长小，难以观察其波动性
12．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的为（　　）
A．电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的粒子性解释
B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
C．康普顿效应说明光具有波动性
D．黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波
13．下列各种说法中错误的有 （　　）
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．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．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
14．下列说法正确的是( )
A．阴极射线的本质是电磁辐射
B．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短
C．光的波长越长，其粒子性越强，光的波长越短，其波动性越强
D．根据玻尔的原子模型，氢原子辐射出光子后，其绕核运动的电子动能增大
15．衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领，电子显微镜是使用电子束工作的，电子束也具有波动性，同样存在衍射问题，已知电子的波长与动量之间的关系满足（h是常量）。关于电子显微镜的分辨率，下列说法正确的是（　　）
A．增大加速电压，提高电子束的速度，有利于提高分辨率
B．减小加速电压，降低电子束的速度，有利于提高分辨率
C．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜高
D．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜低
16．关于物质波，以下说法正确的是（　　）
A．任何运动物体都具有波动性
B．湖面上形成的水波就是物质波
C．通常情况下，质子比电子的波长长
D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道
二、填空题
17．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有_______。
18．德布罗意波：每一个_______的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫_______波。
19．波长为6.63nm 的X射线光子的能量为________,动量为________.
20．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。( )
三、综合题
21．在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的。实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的。图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解做出说明。
22．电子质量，普朗克常量，求动能为100eV的自由电子的物质波波长。
23．20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？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
AB．任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波， 所以要物体运动时才有物质波，故AB错误；
C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太短，故C正确；
D．质子和电子都有波动性，由，可知，相同速度的电子和质子，由于质子的质量较大，所以其物质波波长较短，所以电子的波动性更为明显，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
光既有波动性又有粒子性，A错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故B正确；宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，选项C错误；黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释．故D错误；故选B.
3．B
【详解】
A．光既有波动性，又具有微粒性，并不是有的光只是粒子，有的光只是波，选项A错误；
B．康普顿效应表明光是粒子，并具有动量，选项B正确；
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，选项C错误；
D．根据德布罗意公式可知，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B。
4．B
【详解】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，选项A错误；
B．康普顿效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面，选项B正确；
C．黑体辐射的强度与温度有关，选项C错误；
D．动能相等的质子和电子，它们的动量不同，根据可知，德布罗意波的波长不相等，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
A.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A不符合题意；
B.光是概率波，不同与机械波；光的粒子性也不同与质点；即单个光子即具有粒子性也具有波动性；故B不符合题意；
C.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C不符合题意；
D.由于光具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，故光具有波粒二象性，故D符合题意；
6．A
【详解】
A．光是一种概率波，物质波也是概率波，A正确；
B．麦克斯韦预言了电磁波的，赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在，B错误；
C．某单色光从一种介质进入到另一种介质，其频率由波源决定，不会改变，但波长将改变，C错误；
D．入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应，红光的频率小于紫光的频率，故紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时不一定有电子向外发射，D错误。
故选A。
7．B
【详解】
A．光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质的区别，A错误；
B．大量光子显示波动性，个别光子显示粒子性，B正确；
C．光是把粒子性和波动性有机结合在一起的矛盾统一体，C错误；
D．光的频率越高，粒子性越显著，D错误。
故选B。
8．A
【详解】
由题得
（式中 N 为单位时间照射到玻璃片上的光子数），经过时间 t，以入射的光子为研究对象，由动量定理得
设 F′为光对玻璃板的作用力，由牛顿第三定律
F=F′
因为玻璃板静止，则有
F′=mg
联立解得
P=mgc
故选A。
9．B
【详解】
A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A错误；
B．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性；故B正确；
C．康普顿效应说明光具有粒子性，说明光具有能量，还具有动量，故C错误；
D．根据光电效应方程
知，光电子的最大初动能和入射光强度无关，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．由题图可知，Hα对应的光波波长最大，频率最小，能量最小，因此能级差最小，A正确，不符合题意；
B．Hα频率最小，折射率最小，由可知，因此在同一介质对Hα的传播速度最大，B正确，不符合题意；
C．对应光的波长最小，根据德布罗意波长可知则动量最大，C正确，不符合题意；
D．Hγ对应光的频率比Hβ对应光的频率大，因此用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属不一定能产生光电效应，D错误，符合题意。
故选D。
11．D
【详解】
A．核反应中，氦核（）的比结合能大于氘核（），选项A错误；
B．一次衰变质量数减小4，电荷数减小2；一次衰变后质量数不变，电荷数增加1；则铀238经一次衰变和一次衰变后，形成的新核相比铀238质量数减少了4，电荷数减少1，选项B错误.
C．根据不确定原理，不可以同时精确测量微观粒子的位置和动量，选项C错误；
D．宏观物体的德布罗意波的波长小，难以观察其波动性，选项D正确。
12．B
【详解】
A．电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的波动性解释，选项A错误；
B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项B正确；
C．康普顿效应说明光具有粒子性，选项C错误；
D．自然界的任何物体都向外辐射电磁波，黑体是一个理想化了的物体，它能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体，故D错误：
故选B。
13．B
【详解】
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故B错误；
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，衍射现象越明显，光子动量的不确定量越大，故C正确；
D．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，故D正确；
故选B。
14．BD
【详解】
A．英国物理学家汤姆孙发现阴极射线是由带负电的粒子组成的，这些粒子是电子，不是电磁辐射，故A错误；
B．依据德布罗意波波长公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，B正确；
C．光的波长越长，其波动性越强，光的波长越短，其粒子性越强，C错误；
D．根据玻尔的原子模型，氢原子辐射出光子后，其能量减小，从高能级跃迁到低能级，电子运动的轨迹半径减小，由和可知，绕核运动的电子动能增大，故D正确．
15．AC
【详解】
AB．光的波长越大，则波动性越明显，越容易发生明显衍射，电子的波长
可知电子的速度3越大，波长越短，越不容易发生明显的衍射，所以增大加速电压，增大电子束的速度，有利于提高分辨率， B错误A正确；
CD．由于质子的质量远大于电子的质量，所以如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，质子的动量更大，波长更小，其分辨率比电子显微镜大， D错误C正确。
故选AC。
16．AD
【详解】
AC．运动物体都具有波动性，称之为物质波，由德布罗意波长公式
质子质量比电子质量大，通常情况下，质子比电子的动量大， 对应的波长短，A正确，C错误；
B．湖面上形成的水波就是宏观的机械波不是物质波，B错误；
D．核外电子绕核运动时，没有确定的轨道，只能出现在某个区间的概率大，D正确。
故选AD。
17．波粒二象性
【详解】
略
18． 运动 物质
【详解】
略
19．
【详解】
X射线光子的能量为：
根据德布罗意波长公式可以得到动量为：
20． 错误 正确 错误 正确
【详解】
略
21．见解析
【解析】
光波是一种概率波，在照片中有些地方光子出现的概率大，有些地方光子出现的概率小。在曝光量很小的情况下，在照片上出现的是一些随机分布的光点，随着曝光量的增大，图像逐渐呈现出一定的规律性，整体逐渐清晰起来。
22．
【详解】
电子的动能为
根据、可得
将代入得
23．（1）； 240m（2）见解析
【详解】
（1）的光子能量为
因每秒到达底片的光子数为
个个
如光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间隔是
两相邻光子间平均距离为
．
（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．
答案第1页，共2页