高中物理人教版选修3-5 作业 第十七章 4 5　不确定性关系 Word版含解析

[A组　素养达标]
1．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．光的波粒二象性，就是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的
B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说
C．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征
D．光波和物质波都是概率波
解析：牛顿的微粒说认为光是由物质微粒组成的，惠更斯的波动说认为光是机械波，都是从宏观现象中形成的观念，故A错误；光子说并没有否定光的电磁说，光子能量公式ε＝hν，体现了其粒子性和波动性，B错误，C正确；光波和物质波都是概率波，D正确．
答案：CD
2．下列各种波不是概率波的是(　　)
A．声波　　　　　　　 B．无线电波
C．光波 D．物质波
解析：概率波包括了物质波、电磁波等，无线电波和光波是电磁波中的某一段范围，所以也属于概率波，声波属于机械波，故A符合题意．
答案：A
3．(多选)光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是(　　)
A．单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量Δp小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp不能忽略
C．当发生衍射现象时，动量不确定量Δp可以忽略
D．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故
解析：由不确定性关系ΔxΔp≥可知，A、B、D均正确．
答案：ABD
4．(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥有以下几种理解，其中正确的是(　　)
A．微观粒子的动量不可能确定
B．微观粒子的坐标不可能确定
C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定
D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观物体
解析：不确定性关系ΔxΔp≥表示确定位置、动量的精度互相制约，此消彼长，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大，粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小，故不能同时准确确定粒子的动量和坐标，不确定性关系也适用于其他宏观物体，不过这些不确定量微乎其微，故C、D正确．
答案：CD
5．(多选)以下说法正确的是(　　)
A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动
B．微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动
C．微观粒子位置不能精确预测
D．微观粒子位置能精确预测
解析：微观粒子的动量和位置是不能同时确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故选项A正确．由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子位置不能精确预测，故选项C正确．
答案：AC
6．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为
1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知(　　)
质量/kg
速度/(m·s－1)
波长/m
弹子球
2.0×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子(100 eV)
9.0×10－31
5.0×106
1.2×10－10
无线电波(1 MHz)
3.0×108
3.3×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常情况下只表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到波动性
D．只有可见光才有波动性
解析：弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A对；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B对；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C对；由物质波理论知，D错．
答案：ABC
7．经150 V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，已知电子质量me＝9.0×10－31 kg，则(　　)
A．所有电子的运动轨迹均相同
B．所有电子到达屏上的位置坐标均相同
C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定
D．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置
解析：电子束穿过铝箔时发生衍射，受波动规律支配，不可能同时准确地知道电子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，所以A、B、C均错误，D正确．
答案：D
8．一个电子(初动能视作零)经200 V电压加速，已知电子的质量为9.1×10－31 kg，计算这个运动着的电子的波长．原子大小的数量级为10－14～10－15m，当它在原子中或原子附近运动时，能否产生衍射现象？
解析：由Ue＝mv2，p＝，λ＝
可得电子波长λ＝8.7×10－11 m.
因原子大小的数量级为10－14～10－15 m，
所以能产生衍射现象．
答案：8.7×10－11 m　能产生衍射现象
[B组　素养提升]
9.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(　　)
A．只有两条亮纹
B．有多条明暗相间的条纹
C．没有亮纹
D．只有一条亮纹
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的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以B正确．
答案：B
10．(多选)1927年戴维孙和汤姆孙完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图．下列说法正确的是(　　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验说明了光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
解析：该实验说明物质波理论是正确的、实物粒子也具有波动性、亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故选项A、B、D正确，C错误．
答案：ABD
[C组　学霸冲刺]
11.如图所示为示波管示意图，电子的加速电压U＝104 V，打在荧光屏上电子的位置确定在0.1 mm范围内，可认为令人满意，则电子的速度是否可以完全确定？是否可以用经典力学来处理？普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C.
解析：Δx＝10－4 m，由ΔxΔp≥得，动量的不确定量最小值Δp≈5×
10－31 kg·m/s，其速度不确定量Δv≈0.55 m/s.mv2＝eU＝1.6×10－19×104 J＝1.6×10－15 J，v≈6×107 m/s，Δv远小于v，电子的速度可以完全确定，可以用经典力学来处理．
答案：可以完全确定　可以用经典力学来处理
12．在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡(紧靠暗箱的左内壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱的右内壁)，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，在感光胶片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×
10－13 J．假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为
1.2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，求：
(1)每秒钟到达感光胶片的光子数目；
(2)光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离；
(3)根据第(2)问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．
解析：(1)设每秒到达感光胶片的光能量为E0，
对于λ＝500 nm的光子，能量E＝
每秒到达感光胶片的光子数n＝
代入数据得n＝1.26×106(个)
(2)光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔Δt＝
代入数据得Δt＝7.9×10－7 s
相邻两光子间的平均距离s＝c·Δt
代入数据得s＝2.4×102 m
(3)由第(2)问的计算结果可知，两光子间距为2.4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2 m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动，这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用所产生的波动行为的可能性．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可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光是概率波的观点．
答案：(1)1.26×106个
(2)7.9×10－7 s　2.4×102 m
(3)见解析