2024-2025學年高中物理第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動性課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE5-第3節(jié)粒子的波動性A組：合格性水平訓練1．(粒子的波動性)(多選)電子衍射試驗證明白電子具有波動性，這種波可稱為()A．電磁波 B．機械波C．德布羅意波 D．物質波答案CD解析電子是實物粒子，電子能發(fā)生衍射說明物質波的理論是正確的，這種波叫物質波或者德布羅意波，機械波不是物質波，故C、D正確，A、B錯誤。2．(對光的相識)(多選)對光的相識，下列說法正確的是()A．個別光子的行為易表現出粒子性，大量光子的行為易表現出波動性B．光是橫波C．光表現出波動性時，就不具有粒子性了，光表現出粒子性時，就不再具有波動性了D．光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的波動性表現得明顯，在另外的某種場合下，光的粒子性表現得明顯答案ABD解析少量光子的行為易顯示出粒子性，而大量光子的行為往往易顯示出波動性，故A正確。光的偏振現象說明光是橫波，故B正確。粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性，故C錯誤，D正確。3．(光子的能量和動量)真空中X射線的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，則()A．E＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．E＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．E＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)答案D解析依據E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線每個光子的能量為：E＝eq\f(hc,λ)，每個光子的動量為：p＝eq\f(h,λ)。4．(對物質波的理解)(多選)以下說法正確的是()A．物體都具有波動性B．拉動細繩一端，繩上產生的波就是物質波C．通常狀況下，質子比電子的波長長D．電子衍射試驗證明電子有波動性答案AD解析任何物體都具有波動性，故A正確；對宏觀物體而言，其波動性難以觀測，繩波是機械波，不是物質波，故B錯誤；電子的動量通常比質子的動量小，由λ＝eq\f(h,p)知，電子的波長長，故C錯誤；衍射是波特有的特征，故D正確。5．(對物質波的理解)(多選)關于物質波，下列說法正確的是()A．電子衍射圖樣證明白物質波的正確性B．粒子的動量越大，其波動性越易視察C．粒子的動量越小，其波動性越易視察D．電子衍射圖樣中電子束物質波的波長與金屬晶格大小可以比擬答案ACD解析衍射現象是波的特性，所以電子衍射圖樣可證明物質波是正確的，A正確；由p＝eq\f(h,λ)知，p越大，λ越小，不易發(fā)生衍射現象，所以C正確，B錯誤；發(fā)生明顯衍射的條件是波長與障礙物尺寸相差不多或比障礙物大，故D正確。6．(綜合)利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物視察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速，然后讓電子束照耀到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下述說法中正確的是()A．該試驗說明白電子具有波動性B．試驗中電子束的德布羅意波的波長為λ＝eq\f(\r(2meU),h)C．加速電壓U越大，電子的衍射現象越明顯D．若用相同動能的質子替代電子，衍射現象將更加明顯答案A解析試驗得到了電子的衍射圖樣，說明電子這種實物粒子發(fā)生了衍射，說明電子具有波動性，所以A正確；由動能定理可得，eU＝eq\f(1,2)mv2－0，電子加速后的速度v＝eq\r(\f(2eU,m))，電子德布羅意波的波長λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,\r(2meU))，故B錯誤；由電子的德布羅意波波長公式可以知道，加速電壓U越大，波長越短，衍射現象越不明顯，故C錯誤；物體動能與動量的關系是p＝eq\r(2mEk)，因為質子的質量遠大于電子的質量，所以動能相同的質子的動量遠大于電子的動量，由λ＝eq\f(h,p)可以知道，相同動能的質子的德布羅意波的波長遠小于電子德布羅意波的波長，越長越小，衍射現象越不明顯，因此用相同動能的質子代替電子，衍射現象將更加不明顯，故D錯誤。7．(綜合)在X射線管中，由陰極放射的電子被加速后打到陽極，會產生包括X光在內的各種能量的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則可知該X射線管發(fā)出的X光的()A．最短波長為eq\f(c,eUh) B．最長波長為heq\f(c,eU)C．最小頻率為eq\f(eU,h) D．最大頻率為eq\f(eU,h)答案D解析波長最短的光子能量最大，其能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝eU，所以λ＝eq\f(hc,eU)，對應的最大頻率νm＝eq\f(c,λ)＝eq\f(eU,h)，D項正確。8．(對物質波的理解)有一顆質量為5.0kg的炮彈。(1)當其以200m/s的速度運動時，它的德布羅意波波長是多大？(2)若要使它的德布羅意波長與波長為400nm的紫光波長相等，則它必需以多大的速度運動？答案(1)6.63×10－37m(2)3.3×10－28m/s解析(1)炮彈的德布羅意波長為λ1＝eq\f(h,p1)＝eq\f(h,mv1)＝eq\f(6.63×10－34,5×200)m＝6.63×10－37m。(2)由λ＝eq\f(h,p2)＝eq\f(h,mv2)得v2＝eq\f(h,mλ)＝eq\f(6.63×10－34,5×400×10－9)m/s≈3.3×10－28m/s。B組：等級性水平訓練9．(對光的波粒二象性的理解)下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現出波動性，光的有些行為(如光電效應)表現出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤；雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤；光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數光子的作用就足以引起光接收裝置的反應，所以其粒子性就很顯著，C正確；光的波粒二象性的理論和試驗表明，大量光子的行為表現出波動性，個別光子的行為表現出粒子性，D錯誤。10．(對物質波的理解)下列關于德布羅意波的相識，正確的說明是()A．光波是一種物質波B．X光的衍射證明白物質波的假設是正確的C．電子的衍射證明白物質波的假設是正確的D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現象，所以宏觀物體不具有波動性答案C解析光波是一種電磁波，故A錯誤；衍射現象是一切波的性質特性，X射線是原子的內層電子受激發(fā)而發(fā)出一種電磁波，不是物質波，故B錯誤；電子是實物粒子，衍射是波特有的，所以電子束的衍射圖樣證明白德布羅意物質波的假設是正確的，故C正確；宏觀物體由于動量很大，德布羅意波波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現象，但仍舊具有波動性，故D錯誤。11．(綜合)現用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構。為滿意測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波波長設定為eq\f(d,n)，其中n>1。已知普朗克常量為h，電子質量為m，電荷量為e，且初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為()A.eq\f(n2h2,med2) B.eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(md2h2,n2e3)))eq\f(1,3)C.eq\f(d2n2,2meh2) D.eq\f(n2h2,2med2)答案D解析德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,\r(2mEk))＝eq\f(h,\r(2meU))，即eq\f(d,n)＝eq\f(h,\r(2meU))，解得U＝eq\f(n2h2,2med2)，D正確。12．(粒子波動性的應用)影響顯微鏡辨別本事的一個因素是衍射，衍射現象越明顯，辨別本事越低。運用電子束工作的電子顯微鏡有較高的辨別本事，它利用高電壓對電子束加速，最終打在感光膠片上來視察顯微圖象，下列說法正確的是()A．加速電壓越高，電子的波長越長，辨別本事越強B．加速電壓越高，電子的波長越短，衍射現象越明顯C．假如加速電壓相同，則用質子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡辨別本事強D．假如加速電壓相同，則用質子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡辨別本事弱答案C解析設加速電壓為U，電子的電荷量為e，質量為m，則有Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eU＝eq\f(p2,2m)，又由p＝eq\f(h,λ)，得λ＝eq\f(h,\r(2emU))，對電子來說，加速電壓越高，λ越小，衍射現象越不明顯，故A、B錯誤；電子與質子比較，因質子的質量比電子的大得多，可知質子加速后的波長要小得多，衍射現象不明顯，辨別本事強，故C正確，D錯誤。13．(綜合)金屬晶體中晶格大小的數量級是10－10m。電子經加速電場加速，形成一電子束，電子束照耀該金屬晶體時，獲得明顯的衍射圖樣。問這個加速電場的電壓約為多少？(已知電子的電荷量為e＝1.6×10－19C，質量為m＝0.9×10－30kg)答案153V解析據發(fā)生明顯衍射的條件可知，當運動電子的德布羅意波波長與晶格大小差不多時，可以視察到明顯的衍射現象。設加速電場的電壓為U，電子經電場加速后獲得的速度為v，對加速過程由動能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2①據物質波理論知，電子的德布羅意波波長λ＝eq\f(h,p)②其中p＝mv③解①②③方程組可得U＝eq\f(h2,2emλ2)≈153V。14．(綜合)電子和光一樣具有波動性和粒子性，它表現出波動的性質，就像X射線穿過晶體時會產生衍射，這一類物質粒子的波動叫物質波。質量為m的電子以速度v運動時，這種物質波的波長可表示為λ＝eq\f(h,mv)。電子質量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常數h＝6.6×10－34J·s。(1)計算具有100eV動能的電子的動量p和波長λ；(2)若一個靜止的電子經2500V電壓加速，求能量和這個電子動能相同的光子的波長，并求該光子的波長和這個電子的波長之比。答案(1)p＝5.4×10－24kg·m/sλ＝1.2×10－10m(2)5.0×10－10m20.8解析(1)p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2×9.1×10－31×100×1.6×10－19)kg·m/s≈5.4×10－24kg·m/s。λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.6×10－34,5.4×10－24)m≈1.2×10－10m。(2)電子的動量mv′＝eq\r(\a\vs4\al(2mEk′))＝eq\r(2m·eU)＝eq\r(2