高中物理-第17章-3-5粒子的波动性课后巩固练习-新人教版选修3-5

3粒子的波动性4概率波5不确定性关系一、单项选择题1．人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如下所示的四个示意图表示的实验不能说明光具有波动性的是(C)解析：A图单缝衍射，B图是双缝干涉，C图是光电效应，D图是薄膜干涉．2．下列光的波粒二象性的说法中，正确的是(C)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性解析：光的波粒二象性指光子在传播过程中在空间出现的概率遵循波动规律．3．(从化2012届高三模拟)实验表明电子也有波粒二象性，由于电子的粒子性比光强，故电子的波长比光的波长更短，电子和光相比，我们(B)A．更容易观察到明显的衍射现象和干涉现象B．不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象C．不容易观察到明显的衍射现象，但容易观察到干涉现象D．更容易观察到明显的衍射现象，但不容易观察到干涉现象解析：光子的波动性比电子的要显著得多.4．如图17－3－1所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，并同时做如下实验：①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹(双缝间距和缝屏间距均不变)；②让这三种单色光分别照射锌板；③让这三种单色光分别垂直投射到一条直光纤的端面上．下列说法中正确的是(B)图17－3－1A．c种色光的波动性最显著B．c种色光穿过光纤的时间最长C．a种色光形成的干涉条纹间距最小D．如果b种色光能产生光电效应，则a种色光一定能产生光电效应解析：因为c光偏折的最厉害，所以它在玻璃中的折射率最大，频率最大，波长最小，在介质中的传播速度最小，干涉条纹最小．a光的波长最大，频率最小，光子能量最小，在介质中的传播速度最大，干涉条纹最大．b种色光能产生光电效应，a种色光的光子能量比b种色光的小，无法确定它与金属逸出功的关系．二、双项选择题5．下列说法正确的是(AB)A．光波是—种概率波B．光波是一种电磁波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，光的波长不变解析：光具有波粒二象性，从一种介质进入另一种介质时，频率不变，所以光子能量不变，光速变化，波长变化．6．A和B两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上，A光穿过光纤的时间比B光穿过光纤的时间长．现用A和B两种光照射同种金属，都能发生光电效应，则下列说法正确的是(BD)A．光纤对B光的折射率大B．A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大C．A光在单位时间内打出的电子数一定比B光的多D．B光的波动性一定比A光显著解析：A光在介质中传播速度小，折射率大，频率高，光子能量大，波长短，根据光电效应方程，可知A光打出的光电子的最大初动能大，相比而言，B光的波动性强．7．(2011年韶关质检)频率为ν的光子，德布罗意波长为λ＝h/p，能量为E，则光的速度为(AC)A.EλhB.pEC.EpD.h2Ep解析：由E＝hν，λ＝h/p，v＝λν联合推导可得．8．关于不确定性关系ΔxΔp≥h4π有以下几种理解，其中正确的是(CD)A．微观粒子的动量不可能确定B．微观粒子的坐标不可能确定C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子解析：不确定性关系ΔxΔp≥h4π表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小．故不能同时准确确定粒子的动量和坐标．不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微．9．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(BD)A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波波长约10－28m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D．人们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大致相同解析：光电效应体现光的粒子性，A错；肥皂泡看起来是彩色的，这是薄膜干涉现象，体现光的波动性，B正确；由于小球的德布罗意波波长太小，很难观察到其波动性，C错；人们利用热中子的衍射现象研究晶体结构，所以能够体现波动性，D正确．三、非选择题10．质量为60kg的运动员，百米赛跑的成绩为10s，试估算运动员的德布罗意波的波长．解：因为是估算题，可认为运动员匀速运动，速度v＝10m/s.由公式λ＝hp知运动员的德布罗意波波长λ＝6.63×10－3460×10m≈1.1×10－36m.11．如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27kg)解：本题考查德布罗意波长的计算．任何物体的运动都对应着一个波长，根据公式λ＝hp不难求得结果．中子的动量为p1＝m1v，子弹的动量为p2＝m2v，据λ＝hp知中子和子弹的德布罗波长分别为λ1＝hp1，λ2＝hp2，联立以上各式解得λ1＝hm1v，λ2＝hm2v.将m1＝1.67×10－27kg，v＝1×103m/s，h＝6.63×10－34J·s，m2＝1.0×10－2kg.代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10m，λ2＝6.63×10－35m.12．一颗质量为10g的子弹，具有200m/s的速率，动量的不确定量为0.01%，求确定该子弹的位置时，有多大的不确定量？解：子弹的动量为p＝mv＝10×10－3kg×200m·s－1＝2kg·m·s－1动量的不确定范围为Δp＝0.01%p＝1.0×10－4×2kg·m·s－1＝2×10－4kg·m·s－1由不确定性关系式ΔxΔp≥h4π，得子弹位置的不确定范围为Δx≥h4πΔp所以Δx≥6.63×10－344×3.14×2×10－4m＝2.64×10－31m.13．1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长为λ＝h/p,p为物体运动的动量，h是普朗克常量．同样光也具有粒子性，光子的动量为p＝h/λ.根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子，会发生下列情况：设光子频率为ν，则E＝hν，p＝h/λ＝hν/c，被电子吸收后有hν＝mev2/2，hν/c＝mev.由以上两式可解得：v＝2c，电子的速度为两倍光速，显然这是不可能的．关于上述过程以下说法正确的是(C)A．因为在微观世界动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个γ光子B．因为在微观世界能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个γ光子C．动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子D．若γ光子与一个静止的自由电子发生作用，则光子被电子散射后频率不变14．(双选)a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图17－3－2甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示．则下述正确的是(BC)图17－3－2A．a光光子的能量较大B．b光光子的能量较大C．a光能使某种金属发生光电效应，b光一定能D．在水中b光传播的速度较大解析：a光干涉条纹间距宽，所以它的波长长，频率小，在介质中的传播速度大，它使金属发生光电效应，说明它的频率比金属的极限频率高，b光的频率比它的大，所以b光能发生光电效应．15．已知由激光器发出的一细束功率为P＝0.15kW的激光束，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮．已知铝的密度为ρ＝2.7×103kg/m3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？(取π＝3，g取10m/s2)解：设每个激光光子的能量为E，动量为p，时间t内射到铝球上的光子数为n，激光束对铝球的作用力为F，铝球的直径为d，则有功率：P＝nEt，由动量定理：F＝npt，光子能量和动量间关系是E＝pc，铝球的重力和F平衡，因此F＝ρg·16πd3，代入数据由以上各式解得d＝0.33mm.