2025人教版高中物理选择性必修第三册强化练习题（有解析）--5　粒子的波动性和量子力学的建立

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2025人教版高中物理选择性必修第三册
5　粒子的波动性和量子力学的建立
基础过关练
题组一　粒子的波动性
1.(2024江苏徐州期末)若两个质量不同的粒子的德布罗意波长相等,则 (　　)
A.两粒子的动能相等
B.两粒子的动量大小相等
C.通过相同晶体时,质量小的粒子衍射现象更明显
D.通过相同晶体时,质量大的粒子衍射现象更明显
2.(2024江苏南京期中)如图所示,电子在电场或磁场中运动的初速度v有下列四种情况,则电子的德布罗意波长变小的是 (　　)
　　　
　　　　
3.(2024山东烟台一模)某电子的质量为me、德布罗意波长为λ,一质量为m的油滴与该电子具有相同的动能,则该油滴的德布罗意波长为 (　　)
A.λ　　　　B.λ　　　　C.λ　　　　D.λ
4.(教材习题改编)根据测算,某羽毛球离拍时的速度大小为288 km/h,羽毛球的质量为5.0 g,试求其离拍时的德布罗意波长(结果保留3位有效数字)。我们能观察到这个羽毛球的波动性吗
题组二　物质波的实验验证
5.(2024河北阶段测试)1927年,戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验,发现了电子的衍射现象。电子束穿过多晶体金后的衍射图样如图所示,通过大量的实验发现,质子也能产生衍射现象。在某次实验中质子和电子的动能相同,下列说法中错误的是 (　　)
A.电子具有波粒二象性
B.在一定条件下,电子束也能产生干涉现象
C.实验中电子的动量更大
D.实验中电子的物质波波长更长
6.(2024浙江宁波期末)让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格(大小约为10-10 m)上,可得到电子的衍射图样。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.增大晶格尺寸,更容易发生明显衍射
D.动量相等的质子和电子,通过相同的晶格,质子更容易发生明显衍射
题组三　量子力学的建立和应用
7.(2023湖北襄阳四中模拟预测)量子论的建立是20世纪物理学的伟大成就之一。下列说法中正确的是 (　　)
A.电子计算机、智能手机的制造离不开量子力学
B.卢瑟福提出了原子的核式结构模型,认为电子的轨道是量子化的
C.爱因斯坦在解释光电效应现象时,利用了量子论的观点,提出了光子说,并用实验验证了光电效应方程的正确性
D.德布罗意提出了物质波的概念,并给出了波长公式,根据公式,运动物体的动量越大,对应的物质波的波长越长
答案与分层梯度式解析
1.B 2.B 3.A 5.C 6.B 7.A
1.B　根据德布罗意波长公式λ=可知,若两个质量不同的粒子的德布罗意波长相等,则两粒子的动量大小相等,由动能和动量大小的关系式p=可知,由于两个粒子的质量不同,则动能不同,A错误,B正确;由于两个质量不同的粒子的德布罗意波长相等,则通过相同晶体时,两个粒子的衍射现象明显程度相同,C、D错误。故选B。
2.B　由公式λ=可知,要使电子的德布罗意波长变小,需要电子的动量变大。电子沿电场方向运动,电场力做负功,速度变小,动量变小,德布罗意波长变大,A错误;电子沿与电场方向相反的方向运动,电场力做正功,速度变大,动量变大,德布罗意波长变小,B正确;电子沿磁场方向运动,不受洛伦兹力,速度不变,动量不变,德布罗意波长不变,C错误;电子在磁场中垂直于磁场方向运动,洛伦兹力不做功,速度大小不变,动量大小不变,德布罗意波长不变,D错误。故选B。
3.A　由动能公式Ek=mv2=,可得p=,德布罗意波长λ==,质量为m的油滴与该电子具有相同的动能Ek,油滴与电子的德布罗意波长之比==,可得该油滴的德布罗意波长为λ'=λ,故选A。
方法技巧
德布罗意波长的计算方法
　　(1)首先计算物体的速度,再计算其动量。如果知道物体的动能也可以直接用p=计算其动量。
　　(2)再根据λ=计算德布罗意波长。
　　(3)需要注意的是德布罗意波长一般都很短,比一般的可见光波长还要短,可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理。
4.答案　1.66×10-33 m　不能
解析　该羽毛球的速度大小为v=288 km/h=80 m/s
羽毛球的动量大小为p=mv=5.0×10-3×80 kg·m/s=0.4 kg·m/s
其德布罗意波长λ== m≈1.66×10-33 m
由于波长太短,我们不能观察到它的波动性。
5.C　电子本身具有粒子性,电子束能产生衍射现象,说明电子束具有波的特性,可知电子具有波粒二象性,A正确;电子具有波粒二象性,干涉和衍射都是波的特性,电子束在一定条件下也能够发生干涉现象,B正确;根据p=mv,Ek=mv2,得p=,由于质子质量大于电子质量,当质子和电子的动能相同时,质子的动量更大,C错误;由物质波波长λ=,可得λ=,当质子和电子的动能相同时,电子的物质波波长更长,D正确。故选C。
6.B　电子衍射图样说明了电子具有波动性,A错误;根据eU=mv2,λ==,解得λ=,可知加速电压越大,电子的物质波波长越短,B正确;根据波发生明显衍射的条件可知,增大晶格尺寸,更不容易发生明显衍射,C错误;由λ=可知,动量相等的质子和电子,对应的物质波波长也相等,通过相同的晶格,衍射程度相同,D错误。故选B。
7.A　量子力学推动了固体物理的发展,人们了解了固体中电子运行的规律,并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分,电子计算机、智能手机的制造离不开量子力学,选项A正确;卢瑟福提出了原子的核式结构模型,而玻尔认为电子的轨道是量子化的,选项B错误;赫兹发现了光电效应现象,爱因斯坦在解释光电效应现象时,利用了量子论的观点,提出了光子说,而密立根用实验验证了光电效应方程的正确性,选项C错误;德布罗意提出了物质波的概念,并给出了波长公式,根据公式λ=可知,运动物体的动量越大,对应的物质波的波长越短,选项D错误。
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