高中物理人教版物理选修3-5练习：第十七章 3 粒子的波动性 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理人教版物理选修3-5练习：第十七章 3 粒子的波动性 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 120.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-11-05 14:09:45 | ||
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文档简介
3 粒子的波动性
基础巩固
1.(多选)关于光的本性,下列说法正确的是( )
A.光子说并没有否定光的电磁说
B.光电效应现象反映了光的粒子性
C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性,少量光子产生的效果往往显示出波动性
解析:光既有粒子性,又有波动性,但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说,它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律,而是自身体现的一种微观世界特有的规律。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象,两者构成一个统一的整体,而微粒说和波动说是相互对立的。
答案:AB
2.下列说法正确的是( )
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C.德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波
D.宏观物体运动时,看不到它的衍射和干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性
解析:任何一个运动的物体都具有波动性,但因为宏观物体的德布罗意波波长很短,所以很难看到它的衍射和干涉现象,所以C项对,B、D项错;物质波不同于宏观意义上的波,故A项错。
答案:C
3.在历史上,最早证明德布罗意波存在的实验是( )
A.弱光衍射实验
B.电子束在晶体上的衍射实验
C.弱光干涉实验
D.以上都不正确
解析:最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验,故选项B正确。
答案:B
4.如图所示,当弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器铝箔有张角,则该实验( )
A.只能证明光具有波动性
B.只能证明光具有粒子性
C.只能证明光能够发生衍射
D.证明光具有波粒二象性
解析:弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是光的衍射,证明了光具有波动性;验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应现象,则证明光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,D正确。
答案:D
5.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=1.67×10-27 kg,普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是( )
A.10-17 kg·m/s B.10-18 kg·m/s
C.10-20 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
解析:根据德布罗意波长公式
λ=hp得p=hλ=6.63×10-341.82×10-10 kg·m/s=3.6×10-24 kg·m/s
可见,热中子的动量的数量级是10-24 kg·m/s。
答案:D
6.(2017·江苏卷)质子(11H)和α粒子(24He)被加速到相同动能时,质子的动量(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量,质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________________。?
解析:由动量与动能的关系p=2mEk可知,Ek相同时,质量小的动量也较小,故质子的动量小于α粒子的动量。德布罗意波波长λ=hp,而p∝m,故λ∝1m,则λH∶λα=mα∶mH=2∶1。
答案:小于 2∶1
7.电子经电势差为U=200 V的电场加速,在v?c的情况下,求此电子的德布罗意波长(me=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,h=6.63×10-34 J·s)。
解析:已知12mev2=Ek=eU和p=2meEk
得λ=h2meEk=h2emeU
如果U=200 V,则λ=8.70×10-2 nm。
答案:8.70×10-2 nm
能力提升
1.用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,如图所示,不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明( )
A.光只有粒子性没有波动性
B.光只有波动性没有粒子性
C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性
D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性
解析:光具有波粒二象性,这些照片说明少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性,故选项D正确。
答案:D
2.(多选)如图所示,电子束经过窄缝后,穿过特制的晶体材料,在涂有荧光的底板上观察到明暗相间的圆环。这是1927年戴维孙和汤姆孙完成的非常著名的实验,二人因此荣获了诺贝尔物理学奖。关于此项实验的论述,下列说法正确的是( )
A.明暗相间的圆环是电子形成的衍射条纹
B.此项实验证实了电子具有粒子性
C.此项实验证实了电子具有波动性
D.电子所具有的波动性与机械波没有区别
解析:电子束经过窄缝后,发生衍射现象,明暗相间的圆环是电子形成的衍射条纹,故A正确;电子是实物粒子,能发生衍射现象,实验证实了电子具有波动性,这种波动性与机械波在本质上是不同的,故B、D错误,C正确。
答案:AC
3.★质量为m的粒子原来的速度为v,现将粒子的速度增大为2v,则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( )
A.保持不变
B.变为原来波长的2倍
C.变为原来波长的12
D.变为原来波长的 2 倍
解析:由题知,粒子速度为v时,λ1=hmv;粒子速度为2v时,λ2=h2mv=12λ1。可知选项C正确,A、B、D错误。
答案:C
4.(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A.大量光子的行为往往表现出波动性,少量光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
解析:大量光子的效果往往表现出波动性,少量光子的行为往往表现出粒子性,选项A正确;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,选项B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,选项C错误;光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,选项D正确。
答案:AD
5.下图为证实电子波存在的实验装置图。从F上漂出的热电子可认为初速度为零,所加加速电压 U=104 V,电子质量为m=0.91×10-30 kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜M上,发生衍射,结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波波长。
解析:电子加速后的动能Ek=12mv2=eU,电子的动量 p=2mEk=2meU。
由λ=hp知λ=h2meU,代入数据得λ≈1.23×10-11 m。
答案:1.23×10-11 m
6.★现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为dn,其中n>1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为多少?
解析:由德布罗意波公式λ=hp=dn
得p=nhd,而Ek=p22m=n2h22md2=eU
解得U=n2h22emd2。
答案:n2h22emd2
基础巩固
1.(多选)关于光的本性,下列说法正确的是( )
A.光子说并没有否定光的电磁说
B.光电效应现象反映了光的粒子性
C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性,少量光子产生的效果往往显示出波动性
解析:光既有粒子性,又有波动性,但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说,它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律,而是自身体现的一种微观世界特有的规律。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象,两者构成一个统一的整体,而微粒说和波动说是相互对立的。
答案:AB
2.下列说法正确的是( )
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C.德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波
D.宏观物体运动时,看不到它的衍射和干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性
解析:任何一个运动的物体都具有波动性,但因为宏观物体的德布罗意波波长很短,所以很难看到它的衍射和干涉现象,所以C项对,B、D项错;物质波不同于宏观意义上的波,故A项错。
答案:C
3.在历史上,最早证明德布罗意波存在的实验是( )
A.弱光衍射实验
B.电子束在晶体上的衍射实验
C.弱光干涉实验
D.以上都不正确
解析:最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验,故选项B正确。
答案:B
4.如图所示,当弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器铝箔有张角,则该实验( )
A.只能证明光具有波动性
B.只能证明光具有粒子性
C.只能证明光能够发生衍射
D.证明光具有波粒二象性
解析:弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是光的衍射,证明了光具有波动性;验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应现象,则证明光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,D正确。
答案:D
5.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=1.67×10-27 kg,普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是( )
A.10-17 kg·m/s B.10-18 kg·m/s
C.10-20 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
解析:根据德布罗意波长公式
λ=hp得p=hλ=6.63×10-341.82×10-10 kg·m/s=3.6×10-24 kg·m/s
可见,热中子的动量的数量级是10-24 kg·m/s。
答案:D
6.(2017·江苏卷)质子(11H)和α粒子(24He)被加速到相同动能时,质子的动量(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量,质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________________。?
解析:由动量与动能的关系p=2mEk可知,Ek相同时,质量小的动量也较小,故质子的动量小于α粒子的动量。德布罗意波波长λ=hp,而p∝m,故λ∝1m,则λH∶λα=mα∶mH=2∶1。
答案:小于 2∶1
7.电子经电势差为U=200 V的电场加速,在v?c的情况下,求此电子的德布罗意波长(me=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,h=6.63×10-34 J·s)。
解析:已知12mev2=Ek=eU和p=2meEk
得λ=h2meEk=h2emeU
如果U=200 V,则λ=8.70×10-2 nm。
答案:8.70×10-2 nm
能力提升
1.用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,如图所示,不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明( )
A.光只有粒子性没有波动性
B.光只有波动性没有粒子性
C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性
D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性
解析:光具有波粒二象性,这些照片说明少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性,故选项D正确。
答案:D
2.(多选)如图所示,电子束经过窄缝后,穿过特制的晶体材料,在涂有荧光的底板上观察到明暗相间的圆环。这是1927年戴维孙和汤姆孙完成的非常著名的实验,二人因此荣获了诺贝尔物理学奖。关于此项实验的论述,下列说法正确的是( )
A.明暗相间的圆环是电子形成的衍射条纹
B.此项实验证实了电子具有粒子性
C.此项实验证实了电子具有波动性
D.电子所具有的波动性与机械波没有区别
解析:电子束经过窄缝后,发生衍射现象,明暗相间的圆环是电子形成的衍射条纹,故A正确;电子是实物粒子,能发生衍射现象,实验证实了电子具有波动性,这种波动性与机械波在本质上是不同的,故B、D错误,C正确。
答案:AC
3.★质量为m的粒子原来的速度为v,现将粒子的速度增大为2v,则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( )
A.保持不变
B.变为原来波长的2倍
C.变为原来波长的12
D.变为原来波长的 2 倍
解析:由题知,粒子速度为v时,λ1=hmv;粒子速度为2v时,λ2=h2mv=12λ1。可知选项C正确,A、B、D错误。
答案:C
4.(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A.大量光子的行为往往表现出波动性,少量光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
解析:大量光子的效果往往表现出波动性,少量光子的行为往往表现出粒子性,选项A正确;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,选项B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,选项C错误;光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,选项D正确。
答案:AD
5.下图为证实电子波存在的实验装置图。从F上漂出的热电子可认为初速度为零,所加加速电压 U=104 V,电子质量为m=0.91×10-30 kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜M上,发生衍射,结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波波长。
解析:电子加速后的动能Ek=12mv2=eU,电子的动量 p=2mEk=2meU。
由λ=hp知λ=h2meU,代入数据得λ≈1.23×10-11 m。
答案:1.23×10-11 m
6.★现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为dn,其中n>1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为多少?
解析:由德布罗意波公式λ=hp=dn
得p=nhd,而Ek=p22m=n2h22md2=eU
解得U=n2h22emd2。
答案:n2h22emd2