2015_2016高中物理第17章第45节概率波不确定性关系练习新人教版选修3_5+2015_2016高中物理第18章第1节电子的发现练习新人教版选修3_5.docx

2015_2016高中物理第17章第45节概率波不确定性关系练习新人教版选修3_5第4节概率波 第5节不确定性关系1概率波(1)经典的粒子和经典的波经典粒子的基本特征：粒子任意时刻有确定的位置和速度，时空中有确定的轨道经典波的基本特征：波具有频率和波长，也即是具有时间的周期性(2)概率波：双缝干涉图样中，明条纹处到达的光子数目多，暗纹处到达的光子数目少一个光子通过狭缝后，它落在屏上各点的概率是不一样的，即光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小，这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波与微观粒子相对应的物质波是概率波，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可由波动规律来确定2不确定性关系如果以x表示粒子位置的不确定量，以p表示粒子在x方向上的动量的不确定量利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可知道：xp可见，如果要更准确地确定粒子的位置(x小)，那么动量的测量一定会更不准确(p更大)即粒子的动量和位置不可能同时准确地知道，因而不能用轨迹描述粒子的运动，但我们能够对宏观现象进行预言1(多选)下列各种波是概率波的是(CD)A声波 B无线电波C光波 D物质波解析：声波是机械波，A错电磁波是一种能量波，B错由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C、D正确2一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是(D)A电子在空间做匀速直线运动B电子上下左右颤动着前进C电子运动轨迹是正弦曲线D无法预言它的路径解析：根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域故选项D正确3(多选)以下说法正确的是(AC)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微观粒子位置不能精确确定D微观粒子位置能精确确定解析：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正确由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子位置不能精确确定，故C正确4对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是(D)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.5(多选)下列说法中正确的是(AC)A宏观物体的动量和位置可准确测定B微观粒子的动量和位置可准确测定C微观粒子的动量和位置不可同时准确测定D宏观物体的动量和位置不可同时准确测定解析：由不确定性关系知，宏观物体的不确定量较小，一般认为其动量和位置确定6(多选)光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是(ABC)A单缝宽的时候光沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量x大，动量不确定量p小，可以忽略B当能发生衍射现象时，动量不确定量p不可忽略C单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故D以上解释都是不对的解析：不确定性原理表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式：x·p；单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量x大，动量不确定量p小，可以忽略，故A正确；能发生衍射现象时，动量不确定量p，较大，则就不能忽略，故B正确；单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故，故C正确；由上分析可知，D错误7关于电子云，下列说法正确的是(C)A电子云是真实存在的实体B电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道解析：由电子云的定义我们知道，电子云不是一种稳定的概率分布，人们常用小圆点表示这种概率，小圆点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小，故只有C正确8如图是一个粒子源产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光那么在荧光屏上将看到(B)A只有两条亮纹 B有多条明暗相间的条纹C没有亮纹 D只有一条亮纹解析：由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以B正确9(多选)关于不确定性关系xp有以下几种理解，其中正确的是(CD)A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置坐标不可确定C微观粒子的动量和位置不可能同时确定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：本题主要考查对不确定性关系xp的理解，不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大，反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略故C、D正确10在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×109m，那么光子经过单缝发生衍射，动量的不确定量是_解析：单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量，即x1.0×m，由 x·px有1.0×·px，则 px0.53×kg·m/s.答案：0.53× kg·m/s11设子弹的质量为0.01 kg，枪口直径为0.5 cm，试求子弹射出枪口时横向速度的不确定量解析：枪口直径可以当作子弹射出枪口位置的不确定量x，由于pxmvx，由不确定性关系式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量vx12一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围为其动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子位置的不确定范围有多大？(电子的质量为9.1× kg)解析：电子的动量为：pmv9.1××200 kg·m/s1.82×kg·m/s；动量的不确定范围：p0.01%×p1.0××1.82×kg·m/s1.82× kg·m/s；由不确定性关系公式得电子位置的不确定范围：2015_2016高中物理第18章第1节电子的发现练习新人教版选修3_5第1节电子的发现1阴极射线(1)通常情况下，气体是不导电的，但在强电场中，气体能被电离而导电(2)在演示气体放电时，放电管里近似为真空，由阴极发出的阴极射线，当初人们对它认识有两种观点：一种认为是电磁辐射，另一种认为是带电微粒.1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中偏转断定，它的本质是一种带负电的粒子，命名为电子2电子的发现(1)带电粒子的电荷量与其质量之比称作比荷(2)电子的电量eC，它是1910年由密立根通过著名油滴实验测出的(3)质子质量是电子质量1_836倍1(多选)关于阴极射线的性质，判断正确的是(AC)A阴极射线带负电B阴极射线带正电C阴极射线的比荷比氢原子比荷大D阴极射线的比荷比氢原子比荷小解析：通过让阴极射线在电场、磁场中的偏转的研究发现阴极射线带负电，而且比荷比氢原子的比荷大得多，故A、C正确2. 1910年美国科学家密立根通过油滴实验(D)A发现了中子 B发现了电子C测出了中子的质量 D测出了电子的电荷量解析：密立根通过油滴实验精确测定了电子的电荷量3发射阴极射线的阴极射线管中的高电压的作用是(D)A使管内气体电离B使管内产生阴极射线C使管内障碍物的电势升高D使电子加速解析：在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热状态而发射的电子流，通过高电压加速而获得能量，与玻璃碰撞而产生荧光，故选项D正确4(多选)汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”关于电子的说法正确的是(AD)A任何物质中均有电子B不同的物质中具有不同的电子C电子质量是质子质量的1 836倍D电子是一种粒子，是构成物质的基本单元解析：汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究，均为同一种相同的粒子即电子，电子是构成物质的基本单元，它的质量远小于质子质量由此可知A、D两项正确，B、C两项错误5下列实验中准确测定元电荷电量的实验是(B)A库仑扭秤实验B密立根油滴实验C用DIS描绘电场的等势线实验D奥斯特电流磁效应实验解析：密立根通过油滴实验，测出了电子电荷量的精确数值，任何物体带电量的数值都是元电荷电量的整数倍6阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒子流，这些微观粒子是_，若在如下图所示的阴极射线管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将_(填“向上”、“向下”、“向里”或“向外”)偏转解析：运用左手定则判断电子所受洛伦兹力的方向，进而确定射线的偏转方向答案：电子向下7密立根油滴实验的原理示意图如图所示，两块平行金属板水平放置，A板带正电，B板带负电调节两板间的场强，使从喷雾器喷出的半径为r、密度为的带电油滴恰好处于平衡状态，设此油滴所在处的场强为E，则油滴所带的电量为_，此油滴得到了_个电子(元电荷的电量为e)解析：对带电液滴受力分析：重力与电场力平衡，由qEmg得：q.一个电子的电量为e，所以油滴得到电子数目为：n.答案：8在密立根油滴实验装置中，喷雾器向透明的盒子里喷入带电油滴，小盒子内的上、下两金属板分别接在电源两极，通过改变两极板间电场强度可控制带电油滴在板间的运动状态已知某油滴所受的重力为1.8×109N，当电场强度调节为4.0×104N/C时，通过显微镜观察该油滴竖直向下做匀速直线运动，如图所示求：(1)该油滴带何种电荷？(2)该油滴所带电荷量是多少？(3)该油滴所带电荷量是元电荷e的多少倍？解析：(1)该油滴竖直向下做匀速直线运动，受重力和电场力，二力平衡；故电场力向上，而场强向下，故油滴带负电荷(2)匀速运动是平衡状态，重力和电场力平衡：mgFqE，. (3)元电荷电量：e1.6×C，所以，元电荷倍数N：N个2.8×个答案：(1)该油滴带负电荷(2)该油滴所带电荷量是4.5×C(3)该油滴所带电荷量是元电荷e的2.8×倍91897年，物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷，打破了原子是不可再分的最小单位的观点因此，汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一在实验中汤姆孙采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑若在D、E间加上方向向下，场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画)荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为，试解决下列问题(1)说明图中磁场沿什么方向(2)根据L、E、B和，求出电子的比荷解析：(1)磁场方向垂直纸面向里(2)当电子在D、E间做匀速直线运动时有：eEBev，当电子在D、E间的磁场中偏转时有：Bev，同时又有：Lrsin ，可得：.答案：(1)垂直纸面向里(2) 10如下图所示，有一电子(电荷量为e)经电压U0的电场加速后，进入两块间距为d、电压为U的平行金属板间若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：(1)金属板AB的长度；(2)电子穿出电场时的动能解析：电子经U0电压加速后获得一定速度，进入AB范围电场后受电场力作用，其运动类似于平抛运动(1)电子进入AB电场的水平速度，由eU0可得，B范围匀强电场的场强为：E.电子进入AB后的运动，水平方向：xv·t，竖直方向：y，将联立，将v代入得：xd.(2)根据动能定理：EkeE·eU0eU.答案：(1)d(2)eU0eU11汤姆生曾采用电场、磁场偏转法测定电子的比荷，具体方法如下：.使电子以初速度v1垂直通过宽为L的匀强电场区域，测出偏向角，已知匀强电场的场强大小为E，方向如图(a)所示.使电子以同样的速度v1垂直射入磁感应强度大小为B、方向如图(b)所示的匀强磁场，使它刚好经过路程长度为L的圆弧之后射出磁场，测出偏向角，请继续完成以下三个问题：(1)电子通过匀强电场和匀强磁场的时间分别为多少？(2)若结果不用v1表达，那么电子在匀强磁场中做圆弧运动对应的圆半径R为多少？(3)若结果不用v1表达，那么电子的比荷为多少？解析：(1)电子通过匀强电场时水平方向做匀速直线运动，所用的时间为t1.电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，所用的时间为t2.(2)电子在匀强磁场中做圆弧运动，轨迹对应的圆心角等于速度的偏向角，则轨迹的圆心角为.所以电子进入匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为：R.(3)在电场中：沿电场力方向有：vyat，电子射出电场时的速度偏向角满足：tan ，由牛顿第二定律，有：ev1B，综合，解得：.答案：(1)电子通过匀强电场和匀强磁场的时间相等，都是(2)电子在匀强磁场中做圆弧运动对应的圆半径R为(3)电子的比荷为14