2022年高中物理第章波粒二象性实物粒子的波粒二象性不确定关系学业分层测评教科版选修- .pdf

1 实物粒子的波粒二象性不确定关系( 建议用时： 45 分钟) 学业达标 1关于物质波，下列认识正确的是( ) A任何运动的物体( 质点) 都伴随一种波，这种波叫物质波BX射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物质尽管可以看成物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象E宏观物质也具有波动性，只是其波动性不容易显现【解析】据德布罗意物质波理论，任何一个运动的物体，小到电子、 质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项正确；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，故B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确； 由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故D选项错误，E选项正确【答案】ACE 2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，电子的波长长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E动量相等的粒子，其波长也相等【解析】由 hp可知，动量大的粒子的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，选项A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p2mEk可知，电子的动量小，波长长，选项B正确；动量相等的电子与中子，其波长应相等，选项C错误 E正确；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，则甲的波长应是乙的13，选项 D错误【答案】ABE 3关于电子的运动规律，以下说法不正确的是( ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 【导学号： 11010066】A电子如果表现粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律B电子如果表现粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律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，其运动遵循牛顿运动定律E电子如果表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动也不遵循牛顿运动定律【解析】由于运动对应的物质波是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵循牛顿运动定律，A、B错误， E正确；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，且概率遵循波动规律，C正确， D错误【答案】ABD 4下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz 的无线电波的波长，由表中数据可知 ( ) 质量 /kg速度(ms 1)波长 /m 弹子球2.0 1021.0 10 23.3 1030电子 (100 eV)9.0 10315.0 1061.2 1010无线电波(1 MHz)3.0 1083.3 102A.要检测弹子球的波动性几乎不可能B无线电波通常情况下只表现出波动性C电子照射到金属晶体上能观察到波动性D只有可见光才有波动性E只有无线电波才有波动性【解析】弹子球的波长很小，所以要检测弹子球的波动性几乎不可能，故选项A 正确无线电波的波长很长，波动性明显，所以选项 B正确电子的波长与金属晶格的尺寸相差不大，能发生明显的衍射现象，所以选项C正确一切运动的物体都具有波动性，所以选项 D、E错误【答案】ABC 5任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是 hp，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为1的物体 1 和一个德布罗意波长为2的物体 2 相向正碰后粘在一起，已知 |p1|p2| ，则粘在一起的物体的德布罗意波长为_名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 【解析】由动量守恒p2p1(m1m2)v知，即h2h1h，所以 1212. 【答案】12126从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系式xph4可知更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的_，但粒子 _的不确定性却更大了【解析】由 xph4，狭缝变小了，即x减小了， p变大，即动量的不确定性变大【答案】位置动量7一辆摩托车以20 m/s 的速度向墙冲去，车身和人共重100 kg ，求车撞墙时的不确定范围【解析】根据不确定关系xph4得：xh4p6.63103443.1410020m 2.641038 m. 【答案】x2.641038 m 8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m1.671027kg，普朗克常量h6.631034Js，求德布罗意波长1.8210 10 m 的热中子动能【解析】根据德布罗意波长公式hp可算出中子动量大小，再由p22mEk，即可算出热中子的动能由hp，p22mEk，得Ekh22m2，代入数据，有Ek3.971021 J. 【答案】3.971021 J 能力提升 92002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源 X射线是一种高频电磁波，若 X射线在真空中的波长为，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示 X射线每个光子的能量和动量，则E_，p_. 【解析】根据Eh，且 hp，c 可得 X射线每个光子的能量为Ehc，每个光子的动量为ph. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 【答案】hch10利用金属晶格( 大小约1010 m) 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波长为h2meUC加速电压U越大，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E若用相同动能的中子代替电子，衍射现象将不如电子明显【解析】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 hp，而动量p2mEk2meU，两式联立得h2meU，B正确；从公式h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C错误；用相同动能的质子或中子替代电子，波长变小，衍射现象相比电子不明显，故D错误， E正确【答案】ABE 11氦氖激光器所发红光波长为6.238107m ，谱线宽度1018m ，求当这种光子沿x方向传播时，它的x坐标的不确定量多大？【导学号： 11010067】【解析】红光光子动量的不确定量为ph根据 xph4得位置的不确定量为：xh4p4101843.14m 7.961020 m. 【答案】大于或等于7.961020 m 12科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆面积为S，反射率 100% ，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m. (1) 求飞船加速度的表达式( 光子动量ph) ；(2) 若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？【解析】(1) 光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，设光对太阳帆的压力为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则NnS由动量定理有FtNt2p名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 所以FN2p而光子动量ph，所以F2nSh由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为aFm2nShm. (2) 若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射( 被太阳帆吸收 ) ，光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为FnSh，飞船的加速度anShm. 【答案】(1)2nShm(2)nShm名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -