2024-2025學年高中物理第十七章波粒二象性45概率波不確定性關系課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5概率波不確定性關系時間：45分鐘一、選擇題(1～7題為單選，8～10題為多選)1．關于電子云，下列說法正確的是(C)A．電子云是真實存在的實體B．電子云四周的小黑點就是電子的真實位置C．電子云上的小黑點表示的是電子的概率分布D．電子云說明電子在繞原子核運動時有固定軌道解析：由電子云的定義我們知道，電子云是一種穩(wěn)定的概率分布，人們常用小黑點表示這種概率，小黑點的密疏代表電子在這一位置出現(xiàn)的概率大小，故只有C正確．2．在做雙縫干涉試驗時，發(fā)覺100個光子中有96個通過雙縫后打到了視察屏上的b處，則b處是(A)A．亮紋B．暗紋C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋D．不能推斷解析：由光子按波的概率分布的特點去推斷，由于大部分光子都落在b處，故b處肯定是亮紋，選項A正確．3．關于電子的運動規(guī)律，以下說法正確的是(C)A．電子假如不表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓運動定律B．電子假如不表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循波動規(guī)律C．電子假如表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律D．電子假如表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓運動定律解析：電子假如不表現(xiàn)為波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓運動定律；假如表現(xiàn)為波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其空間分布的概率遵循波動規(guī)律．4．在雙縫干涉試驗中若采納的光源特別弱，感光膠片曝光后的狀況是(B)A．若曝光時間極短，圖像顯示出光的波動性B．若曝光時間極短，圖像顯示出光的粒子性C．無論曝光時間長短，都可以在感光膠片上得到明顯的干涉條紋D．無論曝光時間長短，圖像都呈現(xiàn)不規(guī)則分布解析：依據(jù)光的波粒二象性知，單個光子表現(xiàn)出粒子性，而大量光子表現(xiàn)出波動性，故曝光時間極短時，底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點，說明白單個光子表現(xiàn)出粒子性；光子的粒子性并非宏觀實物粒子的粒子性，故單個光子通過雙縫后的落點無法預料；到達光子多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而到達光子少的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋，假如曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，說明白大量光子表現(xiàn)出波動性，故B正確，A、C、D錯誤．5．關于不確定性關系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)有以下幾種理解，其中正確的是(C)A．微觀粒子的動量不行能確定B．微觀粒子的坐標不行能確定C．微觀粒子的動量和坐標不行能同時確定D．不確定性關系僅適用于電子和光子等微觀粒子解析：不確定性關系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)表示確定位置、動量的精度相互制約，此長彼消，當粒子位置不確定性變小時，粒子動量的不確定性變大；當粒子位置不確定性變大時，粒子動量的不確定性變?。什荒芡瑫r精確確定粒子的動量和坐標，不確定性關系也適用于其他宏觀粒子，不過這些不確定量的影響微乎其微．6．1927年戴維孫和革末完成了電子衍射試驗，該試驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理試驗之一．如圖所示的是該試驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是(C)A．亮條紋是電子到達概率大的地方B．該試驗說明物質波理論是正確的C．該試驗再次說明光子具有波動性D．該試驗說明實物粒子具有波動性解析：亮條紋是電子到達概率大的地方，該試驗說明物質波理論是正確的及實物粒子具有波動性，該試驗不能說明光子具有波動性，選項C說法不正確．7．顯微鏡觀看微小結構時，由于受到衍射現(xiàn)象的影響而視察不清，因此視察越細小的結構，就要求波長越短，波動性越弱．在加速電壓值相同的狀況下，電子顯微鏡與質子顯微鏡的辨別本事，下列判定正確的是(B)A．電子顯微鏡辨別本事較強B．質子顯微鏡辨別本事較強C．兩種顯微鏡辨別本事相同D．兩種顯微鏡辨別本事無法比較解析：在電場中加速eU＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，又由物質波公式λ＝eq\f(h,p)得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，所以經(jīng)相同電壓加速后的質子與電子相比，質子的物質波波長短，波動性弱，從而質子顯微鏡辨別本事較強，即B選項正確．8．關于經(jīng)典波的特征，下列說法正確的是(CD)A．具有肯定的頻率，但沒有固定的波長B．具有肯定的波長，但沒有固定的頻率C．既具有肯定的頻率，也具有固定的波長D．具有周期性解析：依據(jù)經(jīng)典波的定義和特點進行分析可以得到C、D項正確．9．關于光的性質，下列敘述中正確的是(BC)A．在其他同等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越簡單看到B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動性越顯著C．光的波長越長，波動性就越顯著；光的波長越短，粒子性就越顯著D．假如讓光子一個一個地通過狹縫，它們將嚴格依據(jù)相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運動解析：光的頻率越高，波長越短，光的粒子性越顯著，衍射現(xiàn)象越不明顯；光的頻率越低，波長越長，波動性越顯著，A錯誤，B、C正確．光是一種概率波，光子在空間出現(xiàn)的概率由波動規(guī)律確定，每個光子通過狹縫后到達哪個位置是不確定的，故選項D錯誤．10．如圖所示，燈絲F放射的電子束經(jīng)過電場加速后從陽極上的狹縫S穿出，通過兩條平行狹縫S1、S2后，在熒光屏上形成明顯的雙縫干涉圖樣．已知一個電子從狹縫S穿出時動量為p，普朗克常量為h，則(BD)A．經(jīng)過電場加速后，電子的德布羅意波長為λ＝eq\f(p,h)B．經(jīng)過電場加速后，電子的德布羅意波長為λ＝eq\f(h,p)C．熒光屏上暗條紋的位置是電子不能到達的位置D．熒光屏上亮條紋的位置是電子到達概率大的位置解析：電子的動量為p，則電子德布羅意波長為λ＝eq\f(h,p)，故A錯誤，B正確；對物質波來說，亮條紋的位置是電子到達概率大的位置，暗條紋的位置是電子到達概率小的位置，故C錯誤，D正確．二、非選擇題11．質量為10g的子彈與電子的速率相同，均為500m/s，測量精確度為0.01%，若位置和速率在同一試驗中同時測量，試問它們位置的最小不確定量各為多少？電子質量m＝9.1×10－31kg.答案：1.06×10－31m1.15×10－3m解析：測量精確度即為速度的不確定性，依據(jù)質量和速度不確定量分別求出子彈和電子的動量不確定量，再依據(jù)公式Δx·Δp≥eq\f(h,4π)即可分別求出子彈和電子位置的不確定量．子彈和電子的速度不確定量為Δv＝0.05m/s子彈動量的不確定量Δp1＝5×10－4kg·m/s電子動量的不確定量Δp2≈4.6×10－32kg·m/s由Δx≥eq\f(h,4πΔp)，得子彈位置的最小不確定量Δx1＝eq\f(h,4πΔp1)＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×5×10－4)m≈1.06×10－31m電子位置的最小不確定量Δx2＝eq\f(h,4πΔp2)＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×4.6×10－32)m≈1.15×10－3m.12．20世紀20年頭，劍橋高校學生G.泰勒做了一個試驗．在一個密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個裝置如圖所示．小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得特別微弱，經(jīng)過三個月的曝光，在底片上針尖影子四周才出現(xiàn)特別清楚的衍射條紋．泰勒對這照片的平均黑度進行測量，得出每秒到達底片的能量是5×10－13J.(1)假如起作用的光波波長約為500nm，計算從一個光子到來和下一光子到來所相隔的平均時間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)假如當時試驗用的箱子長1.2m，依據(jù)(1)的計算結果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？答案：(1)8.0×10－7s240m(2)能解析：(1)對于λ＝500nm的光子能量為ε＝hν＝h·eq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J≈4.0×10－19J.因此每秒到達底片的光子數(shù)為n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1.25×106個．假如光子是依次到達底片的，則光束中相鄰兩光子到達底片的時間間隔是Δt＝eq\f(1s,n)＝eq\f(1s,1.25×106)＝8.0×10－7s.兩相鄰光子間平均距離為s＝cΔt＝3.0×108×8.0×10－