2020学年高中物理 17.4-17.5概率波 不确定性关系

2020学年高中物理 17.4-17.5概率波 不确定性关系

‎17.4-17.5概率波 不确定性关系 ‎ ‎1.下列说法正确的是　(　　)‎ A.声波是概率波　　　　　 B.地震波是概率波 C.水波是概率波 D.光波是概率波 ‎【解析】选D。声波、地震波、水波是机械波,不是概率波,故A、B、C错误;光波属于概率波,故D正确。‎ ‎2.(多选)关于光的性质,下列叙述中正确的是　(　　)‎ A.在其他同等条件下,光的频率越高,衍射现象越容易看到 B.频率越高的光,粒子性越显著;频率越低的光,波动性越显著 C.光的波长越长,波动性就越显著;光的波长越短,粒子性就越显著 D.如果让光子一个一个地通过狭缝时,它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动 ‎【解析】选B、C。光的频率越高,波长越短,光的粒子性越显著;光的频率越低,波长越长,光的波动性越显著,A错误,B、C正确;光是一种概率波,光子在空间出现的概率由波动规律决定,每个光子通过狭缝后到达哪个位置是不能确定的,故D错误。‎ ‎3.(多选)在双缝干涉实验中,发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的某处,则该处　(　　)‎ A.一定出现亮条纹 B.一定出现暗条纹 C.可能出现亮条纹,也可能出现暗条纹 D.可能出现明暗相间的条纹 ‎【解析】选C、D。100个光子也属于少量的光子,只能体现粒子性,出现的位置不一定是概率大的地方,所以就算有96个打在观察屏上的某处,也不能确定此处一定是亮条纹还是暗条纹,所以A、B错误,C、D正确。‎ ‎4.(2020·‎ 邯郸高二检测)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.没有条纹 D.只有一条亮纹 ‎【解析】选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,所以选项B正确。‎ ‎5.(多选)下列说法中正确的是　(　　)‎ 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E=hν中,频率ν表示波的特征,E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 ‎【解析】选C、D。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,都不正确,光子的能量E=hν中的ν是波的特征,光是一种概率波,光具有波粒二象性,故A、B错误,C、D正确。‎ ‎6.(多选)(2014·徐州高二检测)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果下列认识正确的是　(　　)‎ A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点 B.单个光子的运动没有确定的规律 C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D.只有大量光子的行为才表现出波动性 ‎【解析】选B、C、D。单个光子通过双缝后的落点无法预测,大量光子的落点呈现一定的规律性,落在某些区域的可能性较大,这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域,因而把光波叫作概率波。光具有波粒二象性,少数光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。所以正确选项为B、C、D。‎ ‎7.已知α粒子的质量mα=6.64×10‎-27kg,速度v=3×‎107m/s,要观察到α粒子明显的衍射现象,障碍物的尺寸约为　(　　)‎ A.3.3‎‎×10‎-10m　　　　　　　　 B.3.3×10‎‎-12m C.3.3×10‎-15m D.3.3×10‎‎-18m ‎【解析】选C。根据德布罗意假说λ===m≈3.3×10‎-15m。要观察到明显的衍射现象,障碍物的尺寸应与波长差不多,C正确。‎ ‎8.关于电子的运动规律,以下说法正确的是　(　　)‎ A.电子如果不表现波动性,则无法用轨迹来描述它们的运动,其规律遵循牛顿定律 B.电子如果不表现波动性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其规律遵循波动规律 C.电子如果表现波动性,则无法用轨迹来描述它们的运动,空间分布的概率遵循波动规律 D.电子如果表现波动性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其规律遵循牛顿定律 ‎【解题指南】(1)电子无论是表现出波动性还是表现出粒子性,都与经典的波和经典的粒子不同,没有确定的轨迹,不遵循牛顿运动定律。‎ ‎(2)只能确定电子在某点附近出现的概率,且概率的空间分布情况遵循波动规律。‎ ‎【解析】选C。电子的运动属于概率波,少量电子表现出粒子性,不遵循牛顿运动定律,无法用轨迹描述其运动,A、B错。大量电子表现出波动性,无法用轨迹描述其运动,可确定电子在某点附近出现的概率,且概率波遵循波动规律,C对、D错。‎ ‎9.(2020·海口高二检测)设子弹的质量为‎0.01kg,枪口直径为‎0.5cm,试求子弹射出枪口时横向速度的不确定量。‎ ‎【解析】枪口直径可以当作子弹射出枪口位置的不确定量Δx,由于Δpx=mΔvx,由不确定性关系式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量 Δvx≥=m/s ‎=1.06×10‎-30m/s。‎ 答案:Δvx≥1.06×10‎-30m/s ‎1.(多选)在验证光的波粒二象性的实验中,下列说法正确的是　(　　)‎ A.使光子一个一个地通过单缝,如果时间足够长,底片上将会显示衍射图样 B.单个光子通过单缝后,底片上会出现完整的衍射图样 C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏 D.光的波动性是大量光子运动的统计规律 ‎【解析】选A、D。个别或少数光子表现出光的粒子性,大量光子表现出光的波动性。如果时间足够长,通过单缝的光子数也就足够多,粒子的分布遵从波动规律,遵守统计规律,不是机械波,底片上将会显示出衍射图样,A、D选项正确,C选项错误;单个光子通过单缝后,路径是随机的,底片上也不会出现完整的衍射图样,B选项错误。‎ ‎【总结提升】求解“光的本性”问题应注意三点 ‎(1)求解光的本性问题应当明确,光波是概率波,既不能把光波理解成宏观概念中的波,也不能把光子看作宏观概念中的粒子;频率低的光,波动性显著,频率高的光,粒子性显著。‎ ‎(2)光在传播过程中往往显示出波动性,光在与物质相互作用时,往往显示出粒子性,光子在空间各点出现的可能性的大小,可用波动规律来描述。‎ ‎(3)概率是一种统计概念,少量光子的行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律。“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法。波动性是光子的属性。‎ ‎2.(多选)下列关于微观粒子波粒二象性的认识,正确的是　(　　)‎ A.因实物粒子具有波动性,故其轨迹是波浪线 B.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,所以粒子没有确定的轨迹 C.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,再由不确定性关系知粒子动量将完全确定 D.大量光子表现出波动性,此时光子仍具有粒子性 ‎【解析】选B、D。实物粒子的波动性指实物粒子是概率波,与经典的波不同,A错误;微观粒子落点位置不能确定,与经典粒子有确定轨迹不同,B正确;单缝衍射中,微观粒子通过狭缝,其位置的不确定量等于缝宽,其动量也有一定的不确定量,C错误;波动性和粒子性是微观粒子的固有特性,无论何时二者都同时存在,D正确。‎ ‎3.已知运动的微小灰尘质量为m=10‎-10kg,假设我们能够测定它的位置准确到10‎-6‎m,则它的速度的不确定量为____________m/s。‎ ‎【解析】由不确定性关系ΔpΔx≥,‎ 得Δv≥,‎ 代入数据得Δv≥5×10‎-19m/s。‎ 答案:5×10-19‎ ‎4.电子的质量me=9.0×10‎-31kg,测定其速度的不确定量为2×10‎-6m/s,求其位置的不确定量。‎ ‎【解析】由不确定性关系ΔxΔp≥得 电子的位置不确定量 Δx≥=‎ ‎=m=‎29.3m。‎ 答案:Δx≥‎‎29.3m ‎5.在单缝衍射实验中,若单缝宽度是1.0×10‎-9m,那么光子经过单缝发生衍射,动量不确定量是多少?‎ ‎【解析】单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量即 Δx=1.0×10‎-9m,‎ 由ΔxΔp≥有:‎ ‎1.0×10-9×Δp≥,‎ 则Δp≥0.53×10‎-25kg·m/s 答案:Δp≥0.53×10‎-25kg·m/s ‎6.一辆摩托车以‎20m/s的速度向墙冲去,车身和人共重‎100kg,求车撞墙时的不确定范围。‎ ‎【解析】根据不确定关系ΔxΔp≥得:‎ Δx≥=m≈2.64×10‎-38m。‎ 答案:Δx≥2.64×10-38m ‎