高中物理人教版选修3-5 作业 第十七章 3　粒子的波动性 Word版含解析

[A组　素养达标]
1．关于物质波，以下说法正确的是(　　)
A．任何一个物体都有一种波与之对应
B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波
C．动能相等的质子和电子相比，质子的物质波波长长
D．宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象，所以没有物质波
解析：任何一个物体都是运动着的，根据德布罗意假设，都有一种波与之对应，A对；绳上的波是机械波，不是物质波，B错；动能相等时，由p＝得质子的动量大些，由λ＝知质子的物质波波长短，C错；宏观物体物质波波长太短，难以观测，但具有波动性，D错．
答案：A
2．(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)
A．光的粒子性说明每一个光子就像一个极小的球体
B．光是波，与橡皮绳上的波相似
C．光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大
D．在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的
解析：由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，故不同于宏观概念中的波和粒子，故A、B选项错误．在干涉实验中，光强度大的地方，即为光子到达概率大的地方，表现为亮纹，光强度小的地方，即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C选项正确．在宏观世界中，牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波动性和微粒性才统一，故D选项正确．
答案：CD
3．根据爱因斯坦的“光子说”可知，下列说法正确的是(　　)
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B．光的波长越大，光子的能量越小
C．一束单色光的能量可以连续变化
D．只有光子数很多时，光才具有粒子性
解析：爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A错误．由E＝h可知选项B正确．一束单色光的能量不能连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C错误．大量光子通常表现为波动性，而少量光子通常表现为粒子性，选项D错误．
答案：B
4．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则(　　)
A．ε＝，p＝0　　　　 B．ε＝，p＝
C．ε＝，p＝0 D．ε＝，p＝
解析：根据ε＝hν，且λ＝，c＝λν可得X射线每个光子的能量为ε＝，每个光子的动量为p＝.
答案：D
5．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，所以我们可以说光具有波粒二象性
B．一个电子和一个质子具有相同的动能时，因为电子的质量比质子的小，所以电子的动量就小
C．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长比质子的小
D．一个电子与一个质子具有相同的动量时，电子的德布罗意波长比质子小
解析：光既具有波动性，又具有粒子性，说明了光具有波粒二象性，A正确；动量和动能的关系式为p＝，一个电子和一个质子具有相同的动能时，由于电子的质量比质子的质量小，可知电子的动量小，B正确；又由λ＝知电子的动量小，其德布罗意波长应比质子的德布罗意波长大，C错误；由λ＝知，当电子与质子具有相同的动量时，电子的德布罗意波长与质子的相等，D错误．
答案：AB
6.如图所示，近年来数码相机已经进入千家万户．用来衡量数码相机性能的一个重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可解释为(　　)
A．像素的多少，与光的本质无关
B．像素少，光的波动性显著
C．像素多，说明大量光子表现光具有粒子性
D．像素的多少能说明光具有波粒二象性，像素多光的波动性显著
解析：根据光的波粒二象性，当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质，少量或个别光子容易显示出光的粒子性；光在传播时，表现出波的性质，大量光子产生的效果往往显示出波动性，像素越多，光子与物质作用的个数越多、波动性越明显，照片越清晰，D正确，A、B、C错误．
答案：D
7．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．变为原来波长的两倍
C．变为原来波长的一半
D．变为原来波长的倍
解析：根据λ＝＝知，v增大为2v时，λ变为，故选C.
答案：C
8．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，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＝＝，得p＝，
而Ek＝＝＝eU，解得U＝.
答案：
[B组　素养提升]
9．2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s)(　　)
A．10－21 J B．10－18 J
C．10－15 J D．10－12 J
解析：能够电离一个分子的能量即为一个极紫外波段的光子所具有的能量，E＝hν＝h＝6.6×10－34× J≈2×10－18 J，B选项正确．
答案：B
10．如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰前A球的德布罗意波长为λ1，碰后A、B两球的德布罗意波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是(　　)
A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3
C．λ1＝ D．λ1＝
解析：由德布罗意波长公式λ＝可知p＝，对A、B系统由动量守恒定律得pA＝pA′＋pB′，即＝＋，所以λ1＝，D正确．
答案：D
11．静止的原子核放出一个波长为λ的光子，已知普朗克常量为h，光在真空中传播的速度为c，求：
(1)质量为M的反冲核的速度为多少？
(2)反冲核运动时物质波的波长是多少？
解析：(1)由λ＝得p＝，由光子与原子核组成的系统动量守恒，得0＝p－Mv′，故v′＝＝.
(2)由德布罗意波长公式知，反冲核运动时物质波波长λ′＝＝＝λ.
答案：(1)　(2)λ
[C组　学霸冲刺]
12．一颗质量为5.0 kg的炮弹：
(1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？
(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？
(3)若要使它的德布罗意波长与波长是400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？
解析：直接利用德布罗意关系式进行计算．
(1)炮弹的德布罗意波长
λ1＝＝＝ m＝6.63×10－37 m
(2)它以光速运动时的德布罗意波长
λ2＝＝＝ m＝4.42×10－43 m
(3)由λ＝＝，得
v＝＝ m/s≈3.32×10－28 m/s.
答案：(1)6.63×10－37 m　(2)4.42×10－43 m
(3)3.32×10－28 m/s