滬科科版選修35光是波還是粒子 實(shí)物是粒子還是波 第1課時(shí) 作業(yè) (1).docx

2.3光是波還是粒子 2.4實(shí)物是粒子還是波1用頻率未知的紫外線照射某光電管的陰極時(shí)，有光電子飛出?，F(xiàn)給你一個(gè)電壓可調(diào)且可指示電壓數(shù)值的直流電源和一個(gè)靈敏度很高的靈敏電流計(jì)，試在圖2所示的方框中設(shè)計(jì)一種電路(光電管已畫出)，要求用該電路測(cè)量用所給紫外線照射光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能，按照你設(shè)計(jì)的電路，需要記錄的數(shù)據(jù)是_。你所測(cè)量的光電子的最大初動(dòng)能是_(已知光電子電荷量為e)。圖2解析：測(cè)量電路如圖所示。調(diào)節(jié)電源電壓使靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，記下此時(shí)電源電壓的值u；光電子最大初動(dòng)能為eu。光電管的陰極接電源正極，陰極和陽(yáng)極間的電場(chǎng)阻礙光電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零時(shí)，由動(dòng)能定理得eumv。答案：電壓值uue2使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的最大波長(zhǎng)是5 000 。因此，金屬鈉的逸出功w_ j。現(xiàn)在用頻率在3.901014 hz到7.501014 hz范圍內(nèi)的光照射鈉，那么，使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的頻率范圍是從_hz到_ hz(普朗克常量h6.631034 js)。解析：設(shè)該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最大波長(zhǎng)用0表示，則該金屬的逸出功為wh j1019 j3.9781019 j而0 hz6.01014 hz只要入射光的頻率大于0，都能發(fā)生光電效應(yīng)，所以所求的頻率范圍為6.01014 hz7.51014 hz。答案：3.97810196.010147.510143.根據(jù)光子說(shuō)光子的能量h和物體能量emc2，頻率51014 hz的光子具有的動(dòng)量大小是_，一電子的動(dòng)量與該光子的動(dòng)量相同，該電子的運(yùn)動(dòng)速度大小是_，該電子的物質(zhì)波長(zhǎng)e大小是_。解析：對(duì)光子，能量ehmc2，動(dòng)量pmc，故得pmc kgm/s1.11027 kgm/s。設(shè)電子質(zhì)量為me，速度為ve，動(dòng)量為pe，則pemeve，依題意pep。以上三式聯(lián)立得到電子的速度大小為ve m/s1.2103 m/s。設(shè)電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)為e，則e m6.0107 m。答案：1.11027 kgm/s1.2103 m/s 6.0107 m4關(guān)于不確定性關(guān)系xp有以下幾種理解，其中正確的是()a微觀粒子的動(dòng)量不可能確定b微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定c微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定d不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于其他宏觀粒子解析：選cd不確定性關(guān)系xp表示確定位置、動(dòng)量的精度互相制約，此長(zhǎng)彼消，當(dāng)粒子位置不確定性變小時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變大；粒子位置不確定性變大時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變小。故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)。不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過(guò)這些不確定量微乎其微。5下列說(shuō)法不正確的是()a在微觀物理學(xué)中可以用“軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)b實(shí)物粒子與光子一樣都具有波粒二象性c在光的衍射實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)明條紋的地方光子到達(dá)的概率較大d粒子的動(dòng)量越小，其波動(dòng)性越易觀察解析：選a實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，是概率波，故a錯(cuò)誤，b正確。光是概率波，在明條紋處光子出現(xiàn)的概率大，故c正確。物質(zhì)波的波長(zhǎng)，故粒子動(dòng)量越小，波長(zhǎng)越大，波動(dòng)性越明顯，故d正確。6根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說(shuō)法中正確的是()a微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒(méi)有波動(dòng)性b宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性c宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)d速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯解析：選bd由物質(zhì)波理論可知，一切物質(zhì)都有波動(dòng)性，故a錯(cuò)b對(duì)。由可知c錯(cuò)，d對(duì)。7下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1 mhz的無(wú)線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量/kg速度/ms1波長(zhǎng)/m彈子球2.01021.01023.31030電子(100 ev)9.110315.01061.21010無(wú)線電波(1 mhz)3.01083.0102a要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能b無(wú)線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性c電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性d只有可見(jiàn)光才有波動(dòng)性解析：選abc彈子球的波長(zhǎng)很小，所以要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能，故選項(xiàng)a正確。無(wú)線電波的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，波動(dòng)性明顯，所以選項(xiàng)b正確。電子的波長(zhǎng)與金屬晶格的尺寸相差不大，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)c正確。一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，所以選項(xiàng)d錯(cuò)誤。8在倫琴射線管兩極間加6.63104 v的電壓，設(shè)從陰極發(fā)出的電子的初速度為零，加速到達(dá)陽(yáng)極時(shí)具有的動(dòng)能的10%變?yōu)閭惽偕渚€的光子能量，試計(jì)算倫琴射線的波長(zhǎng)。(e1.61019 c，h6.631034 js)解析：電子加速獲得動(dòng)能ekqu1.610196.63104 j光子能量eek10%又eh m1.881010 m。答案：1.881010 m9.已知銫的逸出功為1.9 ev，現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.3107 m的入射光照射金屬銫。求：(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？(2)若能產(chǎn)生光電效應(yīng)，求光電子的德布羅意波波長(zhǎng)最短為多少？(電子的質(zhì)量為m0.911030 kg)解析：(1)入射光子的能量ehh6.631034 j4.621019 j2.9 ev。由e2.9 evw，所以能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能ekmvhw1.61019 j。而光電子的最大動(dòng)量pmvm。光電子的德布羅意波長(zhǎng)的最短值 m1.2109 m。答案：(1)能(2)1.2109 m10.我們能感知光現(xiàn)象，是因?yàn)槲覀兘邮盏搅艘欢芰康墓狻?1)一個(gè)頻率是106 hz的無(wú)線電波的光子的能量是多大？(2)一個(gè)頻率為61014 hz的綠色光子和11018 hz的光子的能量各是多大？(3)請(qǐng)結(jié)合以上光子能量的大小，從概率波的角度說(shuō)明：為什么低頻電磁波的波動(dòng)性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著。解析：(1)由公式h得：1h16.631034106 j6.631028 j(2)2h26.63103461014 j3.9781019 j3h36.63103411018 j6.631016 j(3)低頻電磁波的光子能量小、波長(zhǎng)長(zhǎng)，容易觀察到干涉和衍射現(xiàn)象，波動(dòng)性顯著，在衍射的亮紋處表示到達(dá)的光子數(shù)多、概率大，而在暗紋處表示到達(dá)的光子數(shù)少，概率小。相比之下，高頻電磁波光子能量大、波長(zhǎng)極短，很難找到其發(fā)生明顯衍射的狹縫或障礙物，因而波動(dòng)性不容易觀察到，粒子性顯著。答案：(1)6.631028 j(2)3.9781019 j6631016 j(3)見(jiàn)解析11電子的質(zhì)量m9.11031 kg，電子所帶電荷量e1.61019 c。求電子在經(jīng)150 v電壓加速后得到的電子射線的波長(zhǎng)。解析：設(shè)電子在加速電場(chǎng)中被加速后獲得速度v，由能量守恒得eumv2，v 。電子的動(dòng)量pmv。所以電子射線的物質(zhì)波波長(zhǎng)為 m1.01010 m。答案：1.01010 m12一電子具有200 ms1的速率，動(dòng)量的不確定范圍是0.01%，我們確定該電子位置時(shí)，有多大的不確定范圍？(電子質(zhì)量為9.11031 kg)解析：由不確定性關(guān)系xp得：電子位置不確定范圍x m2.90103 m。答案：x2.90103 m13一顆質(zhì)量為5.0 kg的炮彈：(1)以200 m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大；(2)假設(shè)它以光速運(yùn)動(dòng)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大；(3)若要使它的德布羅意波長(zhǎng)與波長(zhǎng)是400 nm的紫光波長(zhǎng)相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？解析：(1)炮彈的德布羅意波長(zhǎng)：1 m6.631037 m。(2)它以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)：2 m4.421043 m。(3)由得：v m/s3.31028 m/s。答案：(1)6.631037 m(2)4.421043 m(3)3.31028 m/s14.一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200ms-1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0. 01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?解：子彈的動(dòng)量動(dòng)量的不確定范圍 由不確定關(guān)系式 ，得子彈位置的不確定范圍 15.一電子具有200 m/s的速率，動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?解: 電子的動(dòng)量為： 動(dòng)量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍16.已知5.31035 js。試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量。(1)一個(gè)球的質(zhì)量m1.0 kg，測(cè)定其位置的不確定量為106 m。(2)電子的質(zhì)量me9.11031 kg，測(cè)定其位置的不確定量為1010 m(即原子的數(shù)量級(jí))。解析(1)m1.0 kg，x106 m，由xp，pmv知v1 m/s5.31029 m/s。(2)me9.11031 kg，x1010 mv2 m/s5.8105 m/s。答案(1)5.31029 m/s(2)5.8105 m/s17.某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是5.0107