四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 259.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 11:16:23 | ||
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文档简介
4.3光的波粒二象性
1．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，则下列关系式正确的是（ ）
A．λ1=λ2-λ3 B．λ1=λ2+λ3
C． D．
2．下列对于德布罗意波的认识，正确的是（ ）
A．光波是一种物质波
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．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=1.6×10-27kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为（ ）
A．10-15J B．10-19J C．10-21J D．10-34J
4．波粒二象性是微观世界粒子的基本特征，以下说法正确的有
A．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有粒子性
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．粒子的动量越小，其波动性越易观察
D．初速度均为0的质子和电子经过相同的电压加速后，它们的德布罗意波长也相等
5．下列说法正确的是：( )
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能产生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能产生光电效应
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
6．下列说法中正确的是（ ）
A．光的波粒二象性学说，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，在光子能量公式中，频率v表示波的特征，表示粒子的特征
D．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
7．关于康普顿效应，下列说法中正确的是（ ）
A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长
B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C．康普顿效应证明了光的粒子性
D．康普顿效应进一步表明了光子具有动量
8．下列说法正确的有
A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短
9．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 ( )
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．光只有粒子性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
10．下列说法正确的是( )
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
11．一个电子由静止经电势差为100 V的加速电场加速后，德布罗意波波长为_______ nm(不考虑相对论效应，电子质量m=0.91×10-30 kg).
12．用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子和二价氧离子，加速后的氢离子和氧离子的德布罗意波的波长之比将为______________。
13．(1)一颗质量为5.0kg的炮弹：以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大?
若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动?
（2）阴极射线管中电子的速度为2×107m/s,请计算它的德布罗意波波长．
14．电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝，电子质量m＝9．1×10－31 kg，电子电荷量e＝1．6×10－19 C，普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s．
（1）计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ．
（2）若一个静止的电子经2 500 V电压加速：
①求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比．
②求波长和这个电子波长相同的光子的能量，并求该光子的能量和这个电子的动能之比．已知电子的静止能量mc2＝5．0×105 eV，m为电子的静质量，c为光速．
参考答案
1．D
【解析】
球A、B碰撞过程中，满足动量守恒.则p'B－0=pA－p'A，由，可得，即动量守恒表达式可写成，所以。
A. λ1=λ2-λ3与计算结果不符，A错误。
B. λ1=λ2+λ3与计算结果不符，B错误。
C. 与计算结果不符，C错误。
D. 与计算结果相符，D正确。
2．C
【解析】
A.光波是电磁波，A错误；
B.X光衍射实验只能说明光具有波动性，不能说明物质波的假设是正确的，B错误；
C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的， C正确.
D.宏观物体由于波长太短，所以看不到它的干涉，衍射现象，但仍具有波动性，D错误；
3．C
【解析】
根据德布罗意波理论，中子动量，中子动能，代入数据可估算出中子动能的数量级为10－21J.
A. 10-15J与计算结果不符，A错误。
B. 10-19J与计算结果不符，B错误。
C. 10-21J与计算结果相符，C正确。
D. 10-34J与计算结果不符，D错误。
4．C
【解析】
A.衍射和干涉是波特有的现象，热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，故
A错误；
B.光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间
是否有相互作用无关，故 B错误；
C.根据，可知粒子动量小，则频率小，波长越大，则光的波动性越显著，故C正确；
D.经电压加速，则有：，解得：，则动量，根
据，得，由于质子和电子的质量不同，故经过相同的电压加速后，它
们的德布罗意波长不相等，故D错误。
5．AD
【解析】
A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波、这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，所以A正确；
B．红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，所以B错误；
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确．
6．CD
【解析】
A. 爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性，故A错误；
BC. 麦克斯韦根据他的电磁理论，认为光是一种电磁波，而赫兹证实了电磁波的存在，电磁波传播速度跟光速相同.光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式ε=hv中，频率v表示波的特征，ε表示粒子的特征，故B错误，C正确；
D. 光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概念波，故D正确.
7．ACD
【解析】
A. 在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大，故A正确；
B. 康普顿效应不是仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；
C. 康普顿效应揭示了光具有粒子性，故C正确；
D. 康普顿效应进一步表明了光子具有动量，故D正确
8．AB
【解析】
普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，选项A正确； α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，选项B正确；由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项C错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此动量减小，根据λ=h/p，知波长增大。故D错误；
9．AB
【解析】
光电效应现象揭示了光的粒子性，选项A正确；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；光具有波粒二象性，选项C错误；由及可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同；故D错误；
10．AD
【解析】根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，A正确．电子的衍射说明粒子的波动性，证实了物质波的存在，B错误．根据光电效应方程hν＝mv2＋W，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，是线性关系，不是成正比，C错误．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ＝，知波长增大，D正确．故选AD.
11．0.123
【解析】
根据动能定理可得，由于，所以德布罗意波长为．
12．4∶1
【解析】
根据动能定理求出离子的动能，然后结合德布罗意波长的表达式求出离子的波长，然后比较即可得出．
【详解】
离子加速后的动能，离子的德布罗意波波长：，所以．
【点睛】
该题结合动能定理考查对德布罗意波的理解以及德布罗意波波长的计算，关键是正确得出离子的波长的公式．
13．(1) 6.63×10-37m ；v=h/λm=3.3×10-28 （2）
【解析】
（1）由公式可知子弹的德布罗意波的波长为：；
根据代入数据可得；
（2）根据公式可得；
14．（1）5．4×10－24 kg·m/s 1．2×10－10 m
（2）①5．0×10－10 m 20．8 ②8．3×10－15 J 20．8
【解析】（1）p＝
＝ kg·m/s
≈5．4×10－24 kg·m/s．
λ＝＝ m≈1．2×10－10 m．
（2）①电子的动量
p′＝mv′＝＝
＝ kg·m/s
≈2．7×10－23 kg·m/s．
电子的波长λ′＝＝m≈2．4×10－11 m，
光子能量E＝Ek′＝＝2 500 eV＝4．0×10－16 J
光子波长λ＝＝ m≈5．0×10－10 m，
则≈20．8．
②光子能量ε＝≈8．3×10－15 J．
电子动能Ek′＝4．0×10－16 J，
所以≈20．8．
1．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，则下列关系式正确的是（ ）
A．λ1=λ2-λ3 B．λ1=λ2+λ3
C． D．
2．下列对于德布罗意波的认识，正确的是（ ）
A．光波是一种物质波
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．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=1.6×10-27kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为（ ）
A．10-15J B．10-19J C．10-21J D．10-34J
4．波粒二象性是微观世界粒子的基本特征，以下说法正确的有
A．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有粒子性
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．粒子的动量越小，其波动性越易观察
D．初速度均为0的质子和电子经过相同的电压加速后，它们的德布罗意波长也相等
5．下列说法正确的是：( )
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能产生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能产生光电效应
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
6．下列说法中正确的是（ ）
A．光的波粒二象性学说，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，在光子能量公式中，频率v表示波的特征，表示粒子的特征
D．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
7．关于康普顿效应，下列说法中正确的是（ ）
A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长
B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C．康普顿效应证明了光的粒子性
D．康普顿效应进一步表明了光子具有动量
8．下列说法正确的有
A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短
9．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 ( )
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．光只有粒子性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
10．下列说法正确的是( )
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
11．一个电子由静止经电势差为100 V的加速电场加速后，德布罗意波波长为_______ nm(不考虑相对论效应，电子质量m=0.91×10-30 kg).
12．用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子和二价氧离子，加速后的氢离子和氧离子的德布罗意波的波长之比将为______________。
13．(1)一颗质量为5.0kg的炮弹：以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大?
若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动?
（2）阴极射线管中电子的速度为2×107m/s,请计算它的德布罗意波波长．
14．电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝，电子质量m＝9．1×10－31 kg，电子电荷量e＝1．6×10－19 C，普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s．
（1）计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ．
（2）若一个静止的电子经2 500 V电压加速：
①求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比．
②求波长和这个电子波长相同的光子的能量，并求该光子的能量和这个电子的动能之比．已知电子的静止能量mc2＝5．0×105 eV，m为电子的静质量，c为光速．
参考答案
1．D
【解析】
球A、B碰撞过程中，满足动量守恒.则p'B－0=pA－p'A，由，可得，即动量守恒表达式可写成，所以。
A. λ1=λ2-λ3与计算结果不符，A错误。
B. λ1=λ2+λ3与计算结果不符，B错误。
C. 与计算结果不符，C错误。
D. 与计算结果相符，D正确。
2．C
【解析】
A.光波是电磁波，A错误；
B.X光衍射实验只能说明光具有波动性，不能说明物质波的假设是正确的，B错误；
C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的， C正确.
D.宏观物体由于波长太短，所以看不到它的干涉，衍射现象，但仍具有波动性，D错误；
3．C
【解析】
根据德布罗意波理论，中子动量，中子动能，代入数据可估算出中子动能的数量级为10－21J.
A. 10-15J与计算结果不符，A错误。
B. 10-19J与计算结果不符，B错误。
C. 10-21J与计算结果相符，C正确。
D. 10-34J与计算结果不符，D错误。
4．C
【解析】
A.衍射和干涉是波特有的现象，热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，故
A错误；
B.光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间
是否有相互作用无关，故 B错误；
C.根据，可知粒子动量小，则频率小，波长越大，则光的波动性越显著，故C正确；
D.经电压加速，则有：，解得：，则动量，根
据，得，由于质子和电子的质量不同，故经过相同的电压加速后，它
们的德布罗意波长不相等，故D错误。
5．AD
【解析】
A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波、这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，所以A正确；
B．红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，所以B错误；
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确．
6．CD
【解析】
A. 爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性，故A错误；
BC. 麦克斯韦根据他的电磁理论，认为光是一种电磁波，而赫兹证实了电磁波的存在，电磁波传播速度跟光速相同.光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式ε=hv中，频率v表示波的特征，ε表示粒子的特征，故B错误，C正确；
D. 光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概念波，故D正确.
7．ACD
【解析】
A. 在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大，故A正确；
B. 康普顿效应不是仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；
C. 康普顿效应揭示了光具有粒子性，故C正确；
D. 康普顿效应进一步表明了光子具有动量，故D正确
8．AB
【解析】
普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，选项A正确； α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，选项B正确；由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，选项C错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此动量减小，根据λ=h/p，知波长增大。故D错误；
9．AB
【解析】
光电效应现象揭示了光的粒子性，选项A正确；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；光具有波粒二象性，选项C错误；由及可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同；故D错误；
10．AD
【解析】根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，A正确．电子的衍射说明粒子的波动性，证实了物质波的存在，B错误．根据光电效应方程hν＝mv2＋W，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，是线性关系，不是成正比，C错误．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ＝，知波长增大，D正确．故选AD.
11．0.123
【解析】
根据动能定理可得，由于，所以德布罗意波长为．
12．4∶1
【解析】
根据动能定理求出离子的动能，然后结合德布罗意波长的表达式求出离子的波长，然后比较即可得出．
【详解】
离子加速后的动能，离子的德布罗意波波长：，所以．
【点睛】
该题结合动能定理考查对德布罗意波的理解以及德布罗意波波长的计算，关键是正确得出离子的波长的公式．
13．(1) 6.63×10-37m ；v=h/λm=3.3×10-28 （2）
【解析】
（1）由公式可知子弹的德布罗意波的波长为：；
根据代入数据可得；
（2）根据公式可得；
14．（1）5．4×10－24 kg·m/s 1．2×10－10 m
（2）①5．0×10－10 m 20．8 ②8．3×10－15 J 20．8
【解析】（1）p＝
＝ kg·m/s
≈5．4×10－24 kg·m/s．
λ＝＝ m≈1．2×10－10 m．
（2）①电子的动量
p′＝mv′＝＝
＝ kg·m/s
≈2．7×10－23 kg·m/s．
电子的波长λ′＝＝m≈2．4×10－11 m，
光子能量E＝Ek′＝＝2 500 eV＝4．0×10－16 J
光子波长λ＝＝ m≈5．0×10－10 m，
则≈20．8．
②光子能量ε＝≈8．3×10－15 J．
电子动能Ek′＝4．0×10－16 J，
所以≈20．8．