高中物理人教版选修3-5 作业题 17-3 粒子的波动性 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 作业题 17-3 粒子的波动性 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 108.5KB | ||
| 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 | 2020-10-16 16:20:28 | ||
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文档简介
粒子的波动性
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．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( D )
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，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，选项D正确．
2.如图所示为物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行电子干涉的实验示意图．从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( C )
A．光具有波动性
B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性
D．微观粒子也是一种电磁波
解析：本题考查电子能产生干涉现象，表明电子具有波动性．干涉现象是波的特征，电子是微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性．但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．
3．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( D )
A．改变原来的运动方向，但频率保持不变
B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大
C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反
D．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射前光子的频率
解析：由于电子的能量增加，光子的能量减少，所以光子的频率降低．
4．电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将( A )
A．小于0.2 nm B．大于0.2 nm
C．等于0.2 nm D．以上说法均不正确
解析：显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨能力越强，由λ＝知，如果把质子加速到与电子相同的速度，质子的波长更短，分辨能力更高．
5．近年来，数码相机家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常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，其原因可以理解为( D )
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现出光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
解析：数码相机拍出的照片不是白点，不能显示光的粒子性，A错误；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，B错误；大量光子表现出光具有波动性，C错误；光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，D正确．故选D.
6．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( C )
A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
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
解析：运动的物体才具有波动性，A项错．宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错．只有C项正确．
7．对光的认识，以下说法中正确的是( ABD )
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显
解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.
8．根据物质波理论，以下说法中正确的是( BD )
A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B．宏观物体和微观粒子都具有波动性
C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它们的波长太长
D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显
解析：一切运动的物体都有一种物质波与之对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A错误，B正确．宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误．速度相同的质子与电子相比，电子的质量小，物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D正确．
9．利用电子显微镜可以观察晶体的排列；利用X射线或中子束也能得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列．则下列分析中正确的是( AD )
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸
D．利用中子束获得晶体的衍射图样，中子的物质波的波长要与原子尺寸相当
解析：由发生衍射的条件可知，电子显微镜中，电子的物质波波长比原子小很多，则它的动量很大，速度也很大，A正确，B错误．中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸最接近，C错误，D正确．
二、非选择题
10．高速电子流射到固体上，可产生X射线，产生X射线的最大频率由公式hνm＝Ek确定，Ek表示电子打到固体上时的动能．设电子经过U＝9 000 V高压加速，已知电子质量me＝9.1×10－31 kg，电子电量e＝1.60×10－19 C．求：
(1)加速后电子对应的德布罗意波长；
(2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量．
答案：(1)1.3×10－11 m
(2)1.4×10－10 m 4.8×10－24 kg·m/s
解析：(1)由动能定理eU＝Ek，动量与动能关系p＝及动量与波长关系p＝得λ＝
＝ m
≈1.3×10－11 m.
(2)产生的X射线最大频率νm＝＝，对应的最短波长
λmin＝＝＝ m≈1.4×10－10 m，
一个光子的最大动量pm＝
＝＝＝ kg·m/s
＝4.8×10－24 kg·m/s
11．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＝6.626×10－34 J·s.
(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和物质波波长λ.
(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子波长，并求该光子的波长与这个电子的物质波波长之比．
答案：(1)5.4×10－24 kg·m/s 1.2×10－10 m
(2)5.0×10－10 m 20
解析：(1)p＝
＝ kg·m/s
≈5.4×10－24 kg·m/s，
λ＝＝ m
≈1.2×10－10 m.
(2)由hc/λ＝Ek′＝2 500 eV＝4.0×10－16 J，
得光子波长λ＝ m≈5.0×10－10 m.
电子动量p′＝mv′＝
＝ kg·m/s
≈2.7×10－23 kg·m/s.
电子波长λ′＝≈2.5×10－11 m，则＝20.
12．2011年5月15日国际田联钻石联赛上海站在上海八万人体育场上演，在引人瞩目的男子110米栏比赛中，刘翔采用七步上栏新技术以13秒07的成绩夺得冠军．若刘翔的质量为74 kg，计算他在110 m栏跑中的德布罗意波波长，并说明其波动性是否明显．
答案：1.06×10－36 m 波动性不明显
解析：刘翔110 m栏跑时对应德布罗意波波长为
λ＝＝＝ m≈1.06×10－36 m.
由以上可知，此波长极短，其波动性很难表现出来．
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．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( D )
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，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，选项D正确．
2.如图所示为物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行电子干涉的实验示意图．从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( C )
A．光具有波动性
B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性
D．微观粒子也是一种电磁波
解析：本题考查电子能产生干涉现象，表明电子具有波动性．干涉现象是波的特征，电子是微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性．但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．
3．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( D )
A．改变原来的运动方向，但频率保持不变
B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大
C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反
D．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射前光子的频率
解析：由于电子的能量增加，光子的能量减少，所以光子的频率降低．
4．电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将( A )
A．小于0.2 nm B．大于0.2 nm
C．等于0.2 nm D．以上说法均不正确
解析：显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨能力越强，由λ＝知，如果把质子加速到与电子相同的速度，质子的波长更短，分辨能力更高．
5．近年来，数码相机家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常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，其原因可以理解为( D )
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现出光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
解析：数码相机拍出的照片不是白点，不能显示光的粒子性，A错误；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，B错误；大量光子表现出光具有波动性，C错误；光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，D正确．故选D.
6．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( C )
A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
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
解析：运动的物体才具有波动性，A项错．宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错．只有C项正确．
7．对光的认识，以下说法中正确的是( ABD )
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显
解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.
8．根据物质波理论，以下说法中正确的是( BD )
A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B．宏观物体和微观粒子都具有波动性
C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它们的波长太长
D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显
解析：一切运动的物体都有一种物质波与之对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A错误，B正确．宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误．速度相同的质子与电子相比，电子的质量小，物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D正确．
9．利用电子显微镜可以观察晶体的排列；利用X射线或中子束也能得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列．则下列分析中正确的是( AD )
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸
D．利用中子束获得晶体的衍射图样，中子的物质波的波长要与原子尺寸相当
解析：由发生衍射的条件可知，电子显微镜中，电子的物质波波长比原子小很多，则它的动量很大，速度也很大，A正确，B错误．中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸最接近，C错误，D正确．
二、非选择题
10．高速电子流射到固体上，可产生X射线，产生X射线的最大频率由公式hνm＝Ek确定，Ek表示电子打到固体上时的动能．设电子经过U＝9 000 V高压加速，已知电子质量me＝9.1×10－31 kg，电子电量e＝1.60×10－19 C．求：
(1)加速后电子对应的德布罗意波长；
(2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量．
答案：(1)1.3×10－11 m
(2)1.4×10－10 m 4.8×10－24 kg·m/s
解析：(1)由动能定理eU＝Ek，动量与动能关系p＝及动量与波长关系p＝得λ＝
＝ m
≈1.3×10－11 m.
(2)产生的X射线最大频率νm＝＝，对应的最短波长
λmin＝＝＝ m≈1.4×10－10 m，
一个光子的最大动量pm＝
＝＝＝ kg·m/s
＝4.8×10－24 kg·m/s
11．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＝6.626×10－34 J·s.
(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和物质波波长λ.
(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子波长，并求该光子的波长与这个电子的物质波波长之比．
答案：(1)5.4×10－24 kg·m/s 1.2×10－10 m
(2)5.0×10－10 m 20
解析：(1)p＝
＝ kg·m/s
≈5.4×10－24 kg·m/s，
λ＝＝ m
≈1.2×10－10 m.
(2)由hc/λ＝Ek′＝2 500 eV＝4.0×10－16 J，
得光子波长λ＝ m≈5.0×10－10 m.
电子动量p′＝mv′＝
＝ kg·m/s
≈2.7×10－23 kg·m/s.
电子波长λ′＝≈2.5×10－11 m，则＝20.
12．2011年5月15日国际田联钻石联赛上海站在上海八万人体育场上演，在引人瞩目的男子110米栏比赛中，刘翔采用七步上栏新技术以13秒07的成绩夺得冠军．若刘翔的质量为74 kg，计算他在110 m栏跑中的德布罗意波波长，并说明其波动性是否明显．
答案：1.06×10－36 m 波动性不明显
解析：刘翔110 m栏跑时对应德布罗意波波长为
λ＝＝＝ m≈1.06×10－36 m.
由以上可知，此波长极短，其波动性很难表现出来．