2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步练习--第2节　实物粒子的波粒二象性

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2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步
第2节　实物粒子的波粒二象性
基础过关练
题组一　对德布罗意波的理解
　　　　　　　　　　　　　　　
1.根据物质波的理论,下列说法正确的是 (　　)
A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性
B.微观粒子和宏观物体都具有波动性
C.宏观物体的波动性不易被察觉,因为它的波长太长
D.速度相同的质子和电子,电子的波动性更为明显
2.下列关于德布罗意波的认识,正确的是 (　　)
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
3.(2022山东济南二模)下列说法正确的是 (　　)
A.光的波长越长,光子能量越大,波动性越明显
B.光的频率越高,光子能量越大,粒子性越明显
C.动能相同的质子和电子,它们的德布罗意波的波长相同
D.速率相同的质子和电子,它们的德布罗意波的波长相同
4.(2021江苏常熟期中)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的波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m=1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波的波长λ=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为 (　　)
A.10-17 J　　　　B.10-19 J
C.10-21 J　　　　D.10-24 J
5.(2022江苏连云港二模)2021年1月21日,科学家以高速电子束为“光源”利用冷冻电镜首次“拍摄”到新冠病毒的3D影像,如图所示。冷冻电镜分辨率比光学显微镜高1 000倍以上,可达0.2 nm。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的波长长
B.用高倍光学显微镜也能拍摄到新冠病毒的影像
C.电子运动的速度越大,其德布罗意波的衍射能力越强
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
6.(2022江苏南通如东期末)让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格(大小约10-10 m)上,可得到电子的衍射图样,如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.电子衍射图样说明了电子具有粒子性
B.加速电压越大,电子的物质波波长越短
C.电子的物质波波长比可见光波长更长
D.动量相等的质子和电子,对应的物质波波长不相等
7.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1.67×10-27 kg,普朗克常量为6.63×10-34 J·s)
题组二　对不确定性关系的理解
8.关于不确定性关系,下列说法正确的是　 (　　)
A.在微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同时准确测量
B.自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性
C.海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的不确定性,都不能测量
D.不确定性关系ΔxΔp≥,Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
9.(2023河南郑州一中期末)氦氖激光器所发红光沿x轴正向传播,它的波长为λ=632.8 nm。已知它的光子x坐标的不确定量为400 km,则利用不确定关系式ΔpxΔx≥h可以求得谱线宽度Δλ为 (　　)
A.1.58×10-12 nm　　　　B.1.00×10-9 nm
C.1.58×10-6 nm　　　　D.1.23×10-2 nm
10.(2021河北石家庄二中实验学校月考)以下说法正确的是 (　　)
A.不能用“轨道”观点来描述微观粒子的运动,微观粒子的位置和动量不能同时精确测定,Δx·Δp≥
B.微观粒子本身也蕴含波动性,波动波长λ=
C.频率越高的光波波动性越强,单个光子的能量越大
D.光的双缝干涉的亮条纹就是按照波动理论计算的加强区,是光子到达概率大的地方,这是光子间相互作用的结果
11.如图所示是一个粒子源,产生某种粒子,在其正前方安装只有两条狭缝的挡板,粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光。那么在荧光屏上将看到　　　　　　　　　。
12.已知=5.3×10-35 J·s,试求下列情况中速度测定的不确定量,并根据计算结果,讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况。
(1)一个球的质量m=1.0 kg,测定其位置的不确定量为10-6 m;
(2)电子的质量me=9.1×10-31 kg,测定其位置的不确定量为10-10 m。(结果保留两位有效数字)
第2节　实物粒子的波粒二象性
基础过关练
1.BD 2.C 3.B 4.C 5.D 6.B
8.ABD 9.B 10.B
1.BD　一切运动的物体都有一种波与它相对应,所以宏观物体、微观粒子都具有波动性,A错误,B正确;物质波的波长与其动量的关系为λ=,因宏观物体的动量较大,所以其对应的德布罗意波波长非常短,不易观察到其波动性,选项C错误;速度相同的质子和电子,电子的质量较小,动量较小,物质波的波长较长,故波动性较明显,选项D正确。
2.C　运动的物体才具有波动性,A项错;宏观物体运动时,由于动量太大,德布罗意波波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但仍具有波动性,D项错;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,C项正确。
3.B　光的波长越长,则频率越小,光子能量就越小,波动性越明显,故A错误;光的频率越高,光子能量越大,粒子性越明显,故B正确;根据德布罗意波的波长公式λ=及p=可知,动能相同的质子和电子,动量不同,则波长也不同,故C错误;根据p=mv及λ=可知速率相同的质子和电子,它们的德布罗意波的波长不相同,故D错误。
4.C　根据德布罗意波理论,中子动量p=,中子动能Ek==,代入数据可以估算出数量级为10-21 J,选项C正确。
5.D　影响冷冻电镜分辨率的直接因素是电子的德布罗意波的波长,加速电压越高,波长越短,分辨率越高,病毒比细菌小得多,只有在电镜下才可以看到新冠病毒的影像,故A、B错误;电子运动的速度越大,则其动量越大,由λ=可知其德布罗意波的波长越小,其德布罗意波的衍射现象越不明显,故C错误;由p=、p=可得λ=,质子和电子的动能相同,质子质量大于电子质量,所以质子的波长小于电子的波长,波长越短,分辨率越高,所以,用相同动能的质子,也能“拍摄”到新冠病毒的3D影像,故D正确。
6.B　电子衍射图样说明了电子具有波动性,故A错误;根据eU=mv2,λ=,解得λ=,加速电压越大,电子的物质波波长越短,故B正确;电子是实物粒子,其动量更大,根据λ=可知电子的物质波波长比可见光波长更短,故C错误;根据λ=可知动量相等的质子和电子,对应的物质波波长也相等,故D错误。
7.答案　3.97×10-10 m　6.63×10-35 m
解析　中子的动量为p1=m1v
子弹的动量为p2=m2v
根据λ=知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为λ1=,λ2=
联立以上各式解得λ1=,λ2=
将m1=1.67×10-27 kg,v=103 m/s,m2=1.0×1 kg,h=6.63×10-34 J·s代入上面两式可解得
λ1≈3.97×10-10 m,λ2=6.63×10-35 m
8.ABD　微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同时准确测量,A正确;如果同时测量某个微观粒子的位置和动量,位置的测量结果越精确,动量的测量误差就越大,反之,动量的测量结果越精确,位置的测量误差就越大,C错误;不确定性关系是自然界的普遍规律,但由于普朗克常量是一个很小的量,对宏观物体来说,这种不确定性关系可以忽略不计,B正确;Δx与Δp的测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关,D正确。
9.B　根据光子的波粒二象性得光子的动量为px=,又Δpx=·Δλ,根据不确定关系式,有ΔpxΔx≥h,联立解得Δλ=1.00×10-9 nm,故选B。
10.B　微观粒子的动量和位置不能同时精确确定,不能用“轨道”观点来描述粒子的运动,但Δx·Δp≥,故A错误;微观粒子本身也蕴含波动性,波动波长为λ=,故B正确;频率越高的光波能量越大,但波动性越弱,故C错误;在光的双缝干涉中减小光的强度,让光子只能一个接一个地打到光屏上,经过足够长时间,仍然发现相同的干涉条纹,这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的,故D错误。
11.答案　明暗相间的干涉条纹
解析　由于粒子源产生的粒子是微观粒子,它的运动受波动性支配,对大量粒子运动到达屏上某点的概率,可以用波的特征进行描述,即产生双缝干涉,在屏上将看到明暗相间的干涉条纹。
12.答案　见解析
解析　(1)球的速度测定的不确定量
Δv≥= m/s=5.3×10-29 m/s
这个速度不确定量在宏观世界中微不足道,可认为球的速度是确定的,其运动遵从经典物理学理论。
(2)电子的速度测定的不确定量
Δv≥= m/s≈5.8×105 m/s
这个速度不确定量不可忽略,不能认为电子具有确定的速度,其运动不能用经典物理学理论处理。
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