2021版高中物理 17.4.5 概率波 不确定性关系（人教版选修3-5）.doc

-1-20132013 版高中物理版高中物理 17.4.517.4.5 概率波概率波 不确定性关系（人教版选修不确定性关系（人教版选修 3-53-5）【课堂训练】【课堂训练】1.下列各种波是概率波的是()A.声波B.无线电波C.光波D.物质波2.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3.(2012太原高二检测)关于光的性质，下列叙述中正确的是()A.在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B.频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C.光的波长越长，波动性就越显著；光的波长越短，粒子性就越显著D.如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动4.电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是()A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B.电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C.电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置5.电视显像管中的电子的加速电压为 10 kV，电子枪的枪口直径设为 0.01 cm，试求电子射出电子枪后的横向速度的不确定量.【课后巩固】【课后巩固】6.(2012杭州高二检测)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明：如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片 上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A.曝光时间不长时，底片上只能出现一些不规则的点，表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以预测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方7.(2012 安庆高二检测)经 150 V 电压加速的电子束沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则()A.所有电子的运动轨迹均相同B.所有电子到达屏上的位置坐标均相同C.电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D.电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置8.对不确定性关系xph4有以下几种理解，其中正确的是()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，也适用于其他宏观物体9.(2012衡水高二检测)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 1MHz 的无-2-线电波的波长，根据表中数据可知()质量/kg速度/ms-1波长/m弹子球2.010-21.010-23.310-30电子(100 eV)9.110-315.01061.210-10无线电波(1 MHz)3.01083.0102A.要检测弹子球的波动性几乎不可能B.无线电波通常只能表现出波动性C.电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D.只有可见光才有波粒二象性10.(2012汕头高二检测)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C.大量光子的运动规律显示出光的粒子性D.个别光子的运动显示出光的粒子性11.一辆摩托车以 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.12.氦氖激光器所发红光波长为=6.23810-7m，谱线宽度=10-18m，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？答案解析答案解析1.【解析】选 C、D.声波是机械波，A 错误；电磁波是一种能量波，B 错误；由概率波的概念和光波、物质波的特点分析可以得知，光波和物质波均为概率波.2.【解析】选 B.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.3.【解析】选 B、C.光的频率越高，波长越短，光的粒子性越显著；光的频率越低，波长越长，光的波动性越显著，A 错误，B、C 正确；光是一种概率波，光子在空间出现的概率由波动规律决定，每个光子通过狭缝后到达哪个位置是不能确定的，故 D 错误.4.【解析】选 C、D.微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D 正确5.【解析】电子的横向位置不确定量x0.01 cm，由不确定关系式得vx34304h6.63 10m/s4 m x4 3.14 0.91 1010 0.58 m/s.电子经 10 kV 的电压加速后的速度约为 v107m/s，因此 vvx，也就是电子的运动相对来看仍相当确定，波动性不起什么作用，电子的运动仍可看做经典粒子运动.答案:大于等于 0.58 m/s6.【解析】选 D.少数光子落点不确定，体现了粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，体现了波动性，故只有 D 正确.7.【解析】选 D.电子属于微观粒子，由不确定关系可知 A、B、C 均错，电子被加速后其德布罗意波波长-3-=hp110-10m，穿过铝箔时发生衍射，电子到达屏上的位置受波动规律支配，只能通过概率波进行统计性的描述.【变式备选】质量为 m、带电荷量为 e、初速度为零的电子,经加速电压 U 加速后,其电子的德布罗意波波长为h2meU(h 为普朗克常量)，电子显微镜用电子束代替光镜的光源,放大倍数可达数万倍,这是因为()A.电子束的波长短B.电子束的频率小C.电子束不具波动性D.电子束不具粒子性【解析】选 A根据电子显微镜工作原理和电子束不容易发生衍射现象是因为波长短可知，只有 A 正确.8.【解析】选 C、D.不确定性关系xph4表示确定位置、动量的精确度互相制约，此长彼消，当粒子位置的不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；当粒子位置的不确定性变大时，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物体，不过这些不确定量微乎其微.9.【解析】选 A、B、C.弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A 正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B 正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C 正确；由物质波理论知，D 错误.10.【解析】选 A、D.单个光子运动具有不确定性，但落点的概率分布遵循一定规律，显示出光的波动性.使光子一个一个地通过双缝，如果时间足够长，底片上会出现明显的干涉图样，A 正确，B、C 错误；由光的波粒二象性知，个别光子的运动显示出光的粒子性，D 正确.【总结提升】求解“光的本性”问题应注意两点(1)求解光的本性问题应当明确，光波是概率波，既不能把光波理解成宏观概念中的波，也不能把光子看做宏观概念中的粒子；频率低的光，波动性显著，频率高的光，粒子性显著；光在传播过程中往往显示出波动性，光在与物质相互作用时，往往显示出粒子性，光子在空间各点出现的可能性的大小，可用波动规律来描述.(2)概率是一种统计概念，少量光子的行为显示不出概率统计规律，大量光子才显示出这种规律.“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法.波动性是光子的属性.11.【解析】根据不确定关系xph4得:3438h6.63 10 x m2.64 10 m.4p4 3.14 100 20 答案:x2.6410-38m12.【解题指南】解答本题应注意以下两点：(1)由光子的动量 p=h求出红光光子动量的不确定量p.(2)由不确定关系xph4求出 x 坐标的不确定量.【解析】红光光子动量的不确定量为p=h-4-根据xph4得位置的不确定量为：x1820h10 m7.96 10 m4p44 3.14答案:大于等于 7.9610-20m