2020版高中物理 17.3 粒子的波动性知能巩固提升 新人教版选修3-5

2020版高中物理 17.3 粒子的波动性知能巩固提升 新人教版选修3-5

2020 版高中物理 17.3 粒子的波动性知能巩固提升 新人教版选修 3-5 【课堂训练】 1.(2020·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( ) A.光的色散和光的干涉 B.光的干涉和光的衍射 C.泊松亮斑和光电效应 D.光的反射和光电效应 2.有关光的本性，下列说法正确的是( ) A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C.光不具有波动性 D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为， 只能认为光具有波粒二象性 3.下列说法中正确的是( ) A.物质波属于机械波 B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都 有一种波和它对应，这种波叫物质波 D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动 性 4.(2020·廊坊高二检测)根据物质波理论，以下说法中正确的是( ) 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 5.古巴名将罗伯斯在男子 110 m 栏比赛中，以 12 秒 87 的成绩打破了记录，设罗伯 斯质量约为 74 kg，试计算他在 110 m 栏跑中的德布罗意波波长. 【课后巩固】 6.(2020·徐州高二检测)光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹， 衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( ) A.光是电磁波 B.光具有波动性 C.光可以携带信息 D.光具有波粒二象性 7.(2020·桂林高二检测)为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显 微镜更高的电子显微镜.下列说法中正确的是( ) A.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍 射 B.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍 射 C.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍 射 D.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍 射 8.关于光的波粒二象性的理解，正确的是( ) A.大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 9.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× 10-34J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10 m 的热中子动能的数量级为( ) A.10-17J B.10-19J C.10-21J D.10-24J 10.(2020·厦门高二检测)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 11.一质量为 450 g 的足球以 10 m/s 的速度在空中飞行，一个初速度为零的电子， 通过电压为 100 V 的加速电场.试分别计算它们的德布罗意波波长. 12.光子的动量 p 与能量ε的关系为 p c  ，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？ 答案解析 1.【解析】选 C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光 具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项 C 正确. 2.【解析】选 D.19 世纪初，人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象， 这属于波的特征，微粒说无法解释这些现象；但 19 世纪末又发现了光电效应，这种 现象波动说不能解释，证明光具有粒子性.因此，光既具有波动性，又具有粒子性. 但光不同于宏观的机械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现， 是同一客体的两个不同侧面，不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行 为，只能认为光具有波粒二象性.选项 D 正确. 3.【解析】选 C.物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A 错 误；宏观物体 也具有波动性，只是它们的干涉、衍射现象不明显，看不出来，B、D 错误；德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳， 都有一种波和它对应，这种波叫物质波，C 正确. 4.【解析】选 B、D.一切运动的物体都有一种物质波与它对应，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，电子质量小，由λ= h h p mv  知电 子的物质波波长更长，所以电子波动性更明显，D 正确. 5.【解析】罗伯斯 110 米栏跑时的速度： v= x 110 t 12.87  m/s≈8.55 m/s. 罗伯斯的动量为： p=mv=74×8.55 kg·m/s=632.7 kg·m/s 对应的德布罗意波波长为： λ= 34h 6.63 10 mp 632.7  =1.048×10-36 m 答案:1.048×10-36 m 6.【解析】选 B、C.光能发生衍射现象，说明光具有波动性，B 正确.衍射图样与障 碍物的形状对应，说明衍射图样中包含了障碍物的信息，C 正确.光是电磁波，光也 具有波粒二象性，但在这个现象中没有得到反映，A、D 不正确. 7.【解析】选 A.为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的，因为可见 光的波长数量级是 10-7m,远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦， 如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短， 衍射的影响就小多了，故 A 正确. 8.【解析】选 D.光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者 是与物质相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的效果易呈现出波动性，个别 光子的效果易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性 越强，故 A、B、C 错误，D 正确. 【总结提升】利用光的波粒二象性解题技巧 利用光的波粒二象性求解有关问题，要正确理解波粒二象性，粒子性的一面表现在 光子具有能量ε=hν,动量 hp   以及和其他物质作用时，显示光的粒子性的一面. 波动性的一面表现在光传播时，频率越低、波长越长的光，波动性越显著，光的粒 子性和波动性组成一个有机的整体，相互间并不独立存在.在宏观现象中，波与粒子 是对立的概念，而在微观世界中波与粒子可以统一.由于我们的经验局限于宏观物体 的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同.光既不是宏观概念的波，也不同于宏 观概念的粒子. 9.【解析】选 C.由λ= h p 知热中子的动量 p= h  ,又 p2=2mEk,所以热中子动能： 2 2 34 2 k 2 10 2 27 p h (6.63 10 )E J2m 2 m 2 (1.82 10 ) 1.67 10           ≈4×10-21J.故选项 C 正确. 10.【解析】选 A.由λ= h p 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 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式 p= k2mE 可知，电子的动量小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C 错误；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 1 3 ，D 错误. 11.【解析】物体的动量 p=mv. 其德布罗意波波长 h h .p mv    足球的波长： 34 34 1 3 1 1 h 6.63 10 m 1.47 10 m.m v 450 10 10          电子经电场加速后，速度增加为 v2，根据动能定理 1 2 m2v2 2=eU,p2=m2v2= 22m eU . 该电子的德布罗意波波长 2 2 2 h h p 2m eU    = 34 31 19 6.63 10 m 2 9.1 10 1.6 10 100          =1.2×10-10 m. 答案:1.47×10-34 m 1.2×10-10 m 【变式备选】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波长设定为 d n ,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= h d p n  得 nhp d  而 2 2 2 k 2 p n hE eU2m 2md    解得 2 2 2 n hU 2emd  答案: 2 2 2 n h 2emd 12.【解题指南】解答本题应注意以下两点： (1)原子核放出光子的过程动量守恒. (2)德布罗意波波长公式λ= h p . 【解析】(1)由λ= h p 得 p= h  ，由光子与原子核组成的系统动量守恒，得 0=p-Mv′， 故 p hv .M M     (2)由德布罗意波波长公式 h p    知，反冲核运动时物质波波长 h h .p p      答案:(1) h M (2)λ