2016高中物理第17章第45节概率波不确定性关系同步练习新人教版选修3-5

12016高中物理第17章第4、5节概率波不确定性关系同步练习新人教版选修3-5基础夯实一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)1．下列说法正确的是()A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上答案：B解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；光的双缝干涉实验中，若有一个光子，这个光子的落点是不确定的，但有概率较大的位置。2．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答案：D解析：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。3．对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是()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答案：D解析：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，故选D。4．下列各种波属于概率波的是()A．声波B．无线电波C．光波D．物质波2答案：CD解析：光波的波动性具有概率波的规律，任一运动的物体均有一种物质波与之对应，且这种物质波也具有概率波的规律。概率波与机械波和电磁波的本质不同。5．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狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路线是直线D．光的波动性是大量光子运动的规律答案：AD解析：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，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A、D选项正确。单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，B、C选项错。6．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是()A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B．光的频率越高，光子的能量越大C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方答案：BD解析：光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能量越大，A错，B正确。在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方，暗纹是光子到达概率小的地方，C错，D正确。二、非选择题7．一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围是0.01%，我们确定该电子位置时，有多大的不确定范围？(电子质量为9.1×10－31kg)答案：Δx≥2.90×10－3m解析：由不确定性关系ΔxΔp≥h4π得：电子位置的不确定范围Δx≥h4πΔp＝6.63×10－344×3.14×9.1×10－31×200×0.01%m＝2.90×10－3m.8．在双缝干涉实验中，某光子打在光屏上的落点能预测吗？大量的光子打在光屏上的落点是否有规律？请用概率波的观点解释双缝干涉图样的形成。答案：在光的双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上的落点根本不能预测，但大量光子打在光屏上将形成明暗相间的干涉条纹，这说明光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小，光子在空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波。3能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是()①若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点②若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹③这一实验结果证明了光具有波动性④这一实验结果否定了光具有粒子性A．①②③对B．①②④对C．①③④对D．②③④对答案：A解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子行为表现为粒子性。上述实验表明光具有波粒二象性，故①②③正确，即A正确。2．下列说法正确的是()A．光波是一种概率波B．光波是一种机械波C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变D．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变答案：A解析：据光的电磁说可知B选项错误。据光的波粒二象性可知，光是一种概率波，A选项正确，任何单色光在传播过程中其频率总保持不变，但波速v却随介质的改变而改变(v＝cn)。据E＝hν知，单色光在传播过程中，单个光子的能量总保持不变，C选项不正确。据n＝cv，v＝νλ得λ＝cν·n，光密介质的折射率较大，故当光从光密介质进入光疏介质时波长变大，D选项错误。3．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ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征D．光波是宏观概念中那种连续的波答案：C解析：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4是从宏观现象中形成的观念，都不正确。4.光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，正确的是()A．单缝越宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越大的缘故B．单缝越宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小的缘故C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越小的缘故D．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大的缘故答案：BD解析：由粒子位置不确定量Δx与粒子动量不确定量Δp的不确定关系：ΔxΔp≥h4π可知，单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小，所以光沿直线传播，B正确；单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大，所以中央亮纹越宽，D正确。5．如图所示，灯丝F发射的电子束经过电场加速后从阳极上狭缝S穿出，通过两条平行狭缝S1、S2后，在荧光屏上形成明显的双缝干涉图样。已知一个电子从狭缝S穿出时动量为p，普朗克常量为h，则()A．经过电场加速后，电子的德布罗意波长为phB．经过电场加速后，电子的德布罗意波长为hpC．荧光屏上暗纹的位置是电子不能到达的位置D．荧光屏上亮纹的位置是电子到达概率大的位置答案：BD解析：电子的德布罗意波长λ＝hp，B正确，荧光屏上暗纹的位置是电子到达概率小的位置，亮纹的位置是电子到达概率大的位置，D正确。二、非选择题6．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5不确定量是多少？答案：Δp≥0.53×10－25kg·m/s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≥h4π有：1．0×10－9×Δp≥6.63×10－344π，则Δp≥0.53×10－25kg·m/s7．我们能感知光现象，是因为我们接收到了一定能量的光，一个频率是106Hz的无线电波的光子的能量是多大？一个频率为6×1014Hz的绿色光子和1018Hz的γ光子的能量各是多大？请结合以上光子能量的大小，从概率波的角度说明：为什么低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著。解析：由公式E＝hν得：E1＝hν1＝6.63×10－34×106J＝6.63×10－28JE2＝hν2＝6.63×10－34×6×1014J＝3.978×10－19JE3＝hν3＝6.63×10－34×1018J＝6.63×10－16J低频电磁波的光子能量小，波长长，容易观察到干涉和衍射现象，波动性显著，在衍射的亮纹处表示到达的光子数多，概率大，而在暗纹处表示到达的光子数少，概率小，相比之下，高频电磁波光子能量大，波长极短，很难找到其发生明显衍射的狭缝或障碍物，因而波动性不容易观察到，粒子性显著。