2019-2020学年高中物理 第5章 波与粒子 第3节 实物粒子的波粒二象性 第4节 “基本粒子”

[随堂检测]1.下列说法中错误的是()A．夸克模型说明电子电量不再是最小的电荷单元B．目前已经发现了自由态的夸克C．目前发现的夸克有6种D．每种夸克都有对应的反夸克解析：选B.夸克所带电量小于电子电量，但远没有发现自由态的夸克．这就是夸克的“禁闭”，A对B错；夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，C、D均正确．2.关于不确定性关系Δx·Δp≥h4π有以下几种理解，正确的是()A．微观粒子的动量不可确定B．微观粒子的位置不可确定C．微观粒子的动量和位置不可同时确定D．不确定性关系仅适用于电子和光子等微观粒子解析：选C.由ΔxΔp≥h4π可知，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的不确定性小．故不能同时测量粒子的位置和动量，故A、B错，C对．不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏观物体的影响可忽略，故D错误．3.(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，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，则下列说法中正确的是()A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC．加速电压U越小，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：选ABC.得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波波长公式λ＝hp，而动量p＝2mEk＝2meU，两式联立得λ＝h2meU，B正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越小，电子的波长越大，衍射现象就越明显，C正确；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故D错误．4.金属晶体中晶格大小的数量级是10－10m．电子经加速电场加速，形成电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样．问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量e＝1.6×10－19C，质量m＝0.90×10－30kg)解析：据发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象．设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eU＝12mv2①据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长λ＝hp②其中p＝mv③解①②③联立方程组可得U＝h22emλ2＝153V.答案：153V[课时作业]一、单项选择题1.下列说法正确的是()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，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，故正确答案为C.2.氢原子处在不同的能级时，具有不同形状的电子云，这些电子云是()A．电子运动时辐射的电磁波B．电子运动轨道的形状C．反映电子在各处出现的概率分布D．电子衍射产生的图样解析：选C.电子的运动并没有确定的轨道，电子云是电子在各处出现的概率分布图．3.关于粒子，下列说法正确的是()A．电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．强子都是带电的粒子C．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析：选D.由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A、B错误；夸克模型是研究强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e和－e3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故C错误，D正确．4.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＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动能的数量级为()A．10－17JB．10－19JC．10－21JD．10－24J解析：选C.根据德布罗意波理论中子动量p＝hλ，中子动能Ek＝p22m＝h22mλ2，代入数据可以估算出数量级，选项C正确．5.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()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．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹C．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长与晶体中原子间距大致相同D．以上说法均不能体现波动性解析：选C.光电效应现象证明光的粒子性．宏观物体小球的波长极小，能清晰观察到轨迹，说明宏观物体的粒子性．利用热中子研究晶体的结构正体现了实物粒子的波动性．6.根据德布罗意波的概念，下列说法正确的是()A．质量大的物体，其德布罗意波长小B．速度大的物体，其德布罗意波长小C．动量大的物体，其德布罗意波长小D．动能小的物体，其德布罗意波长小解析：选C.根据λ＝hp可知，动量大的物体波长小，选项C是正确的．质量大或速度大或动能小，都不能确定其动量大小，所以其他三个选项错误．故正确答案为C.7.如图所示，中子内有一个电荷量为＋23e的上夸克和两个电荷量为－13e的下夸克，这一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示，在给出的四幅图中，能正确表示出夸克所受的静电作用力的是()解析：选B.本题考查的是库仑力的大小和方向及力的合成，明确每个夸克皆受两个力的作用．电荷量为＋23e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个下夸克受力分析如图所示，由于F1的水平分力与F2大小相等，方向相反，故F1与F2的合力竖直向上．故正确答案为B.二、多项选择题8.下列说法正确的是()A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动B．微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C．微观粒子的位置不能精确确定D．微观粒子的位置能精确确定解析：选AC.微观粒子的动量和位置是不能同时确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故A正确，B错误；由微观粒子的波粒二象性或不确定关系可知，微观粒子的位置不能精确确定，故C正确，D错误．9．根据不确定性关系ΔxΔp≥h4π，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解析：选AD.不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定Δx和Δp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性关系所给出的不确定限度．故A、D正确．三、非选择题10.已知氢原子基态能量为－13.6eV，电子质量m＝9.1×10－31电子的动能和势能的关系为Ek＝－12Ep，求氢原子中基态电子的德布罗意波的波长．解析：低能时可忽略相对论效应，由于氢原子基态的能量为E1＝Ek＋Ep＝－13.6eV，Ek＝－12Ep所以Ek＝13.6eV，由于p＝2mEk所以德布罗意波的波长为λ＝hp＝3.33×10－10m.答案：3.33×10－10m11.质量为10g的子弹与电子的速率相同，均为500m/s，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？电子质量m＝9.1×10－31kg.解析：测量准确度即为速度的不确定性，根据质量和速度不确定量分别求出子弹和电子的动量不确定量，再根据公式Δx·Δp≥h4π即可分别求出子弹和电子位置的不确定量．子弹和电子的速度不确定量为Δv＝0.05m/s子弹动量的不确定量Δp1＝5×10－4kg·m/s电子动量的不确定量Δp2＝4.6×10－32kg·m/s由Δx≥h4πΔp，子弹位置的最小不确定量Δx1＝h4πΔp1＝6.626×10－344×3.14×5×10－4m＝1.06×10－31m电子位置的最小不确定量Δx2＝h4πΔp2＝6.626×10－344×3.14×4.6×10－32m＝1.15×10－3m.答案：1.06×10－31m1.15×10－3m本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放