鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业19　实物粒子的波粒二象性word版含答案

课时分层作业(十九)　实物粒子的波粒二象性
(建议用时：25分钟)
◎考点一　对德布罗意波的理解
1．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
B　[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．]
2．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
D　[根据德布罗意波长公式λ＝得p＝＝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．]
3．(多选)1927年戴维孙和革末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．该实验再次说明光子具有波动性
C．该实验说明实物粒子具有波动性
D．该实验说明电子的运动可以用轨迹来描述
AC　[亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明实物粒子具有波动性，该实验不能说明光子具有波动性，选项B、D说法不正确．]
4．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
B　[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，在屏上将看到明暗相间的干涉条纹，所以B正确．]
5．关于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是(　　)
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
D　[光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律．大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．]
6．一颗质量为5.0 kg的炮弹，
(1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长为多大？
(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长为多大？
(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]　(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＝3.315×10－28 m/s．
[答案]　(1)6.63×10－37 m　(2)4.42×10－43 m
(3)3.315×10－28 m/s
◎考点二　对不确定性关系的理解
7．对于微观粒子的运动，下列说法正确的是(　　)
A．不受外力作用时光子就会做匀速运动
B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动
C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度
D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律
D　[光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定关系可知，选项C错误．]
8．(多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是(　　)
A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降
B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升
C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
AD　[不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．]
9．已知＝5.3×10－35 J·s，试求下列情况中速度测定的不确定量．
(1)一个球的质量m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6 m．
(2)电子的质量me＝9.0×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10 m．(即在原子的数量级)
[解析]　(1)m＝1.0 kg，Δx1＝10－6 m，
由ΔxΔp≥，Δp＝mΔv知
Δv1≥＝ m/s＝5.3×10－29 m/s．
(2)me＝9.0×10－31 kg，
Δx2＝10－10 m，
Δv2≥
＝ m/s
＝5.89×105 m/s．
[答案]　(1)5.3×10－29 m/s　(2)5.89×105 m/s
(建议用时：15分钟)
10．关于物质波，下列说法正确的是(　　)
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
A　[由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A对；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，波长长，B错；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错．]
11．利用金属晶格(大小约10－9 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　)
A．该实验说明了电子具有粒子性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将不明显
D　[该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A错误；电子束通过电场加速，由动能定理可得：eU＝mv2，得：v＝，则动量p＝mv＝，所以实验中电子束的德布罗意波的波长为：λ＝＝，故B错误；由B可知：加速电压U越大，波长越小，衍射现象越不明显，故C错误；若用相同动能的质子替代电子，质量变大，则粒子动量p＝变大，故德布罗意波的波长λ＝变小，故衍射现象将不明显，故D正确．]
12．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实突出体现波动性的是(　　)
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
ACD　[电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．]
13．(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就不能忽略
C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大
D．以上解释都是不对的
ABC　[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，故A正确；能发生衍射现象时，动量不确定量Δp较大，则就不能忽略，故B正确；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，故C正确．由上分析可知，D错误．]
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