2020高中物理 15 實(shí)物粒子的波粒二象性 不確定關(guān)系（含解析）教科版-5

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE8-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精課時分層作業(yè)(十五)實(shí)物粒子的波粒二象性不確定關(guān)系(時間：40分鐘分值：100分）［基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題8分，共48分）1．關(guān)于物質(zhì)波，下列說法正確的是()A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長長B．動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長短C．動量相等的電子和中子,中子的波長短D．甲電子速度是乙電子的3倍,甲電子的波長也是乙電子的3倍A［由λ＝eq\f（h,p）可知,動量大的粒子的波長短，電子與質(zhì)子的速度相等時,電子動量小，波長長，選項(xiàng)A正確；電子與質(zhì)子動能相等時，由動量與動能的關(guān)系式p＝eq\r(2mEk）可知，電子的動量小,波長長，選項(xiàng)B錯誤；動量相等的電子與中子，其波長應(yīng)相等，選項(xiàng)C錯誤；如果甲、乙兩電子的速度遠(yuǎn)小于光速,甲的速度是乙的三倍，則甲的波長應(yīng)是乙的eq\f（1,3)，選項(xiàng)D錯誤．]2．（多選）關(guān)于電子的運(yùn)動規(guī)律，以下說法不正確的是（）A．電子如果表現(xiàn)粒子性，則無法用軌跡來描述它們的運(yùn)動,其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律B．電子如果表現(xiàn)粒子性，則可以用軌跡來描述它們的運(yùn)動，其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律C．電子如果表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運(yùn)動,空間分布的概率遵循波動規(guī)律D．電子如果表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運(yùn)動,其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律ABD［由于運(yùn)動對應(yīng)的物質(zhì)波是概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性,無法用軌跡描述其運(yùn)動，也不遵循牛頓運(yùn)動定律，A、B錯誤；大量電子表現(xiàn)出波動性,無法用軌跡描述其運(yùn)動,可確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且概率遵循波動規(guī)律，C正確，D錯誤．]3．（多選）根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f（h，4π)，判斷下列說法正確的是(）A．采取辦法提高測量Δx精度時，Δp的精度下降B．采取辦法提高測量Δx精度時,Δp的精度上升C．Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)D．Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)AD［不確定性關(guān)系表明，無論采用什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動量中的一個,必然引起另一個較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān),無論怎樣改善測量儀器和測量方法，都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度．故A、D正確．］4．(多選）下表列出了不同物體在某種速度下的德布羅意波波長和頻率為1MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知（）質(zhì)量/kg速度/（m·s－1)波長/m彈子球2.0×10－21。0×10－23。3×10－30電子（100eV)9.0×10－315.0×1061.2×10－10無線電波（1MHz)3.0×1083.3×102A．要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B．無線電波通常情況下只表現(xiàn)出波動性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到波動性D．只有可見光才有波動性ABC［彈子球的波長很小，所以要檢測彈子球的波動性幾乎不可能，故選項(xiàng)A正確．無線電波的波長很長，波動性明顯,所以選項(xiàng)B正確．電子的波長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)動的物體都具有波動性，所以選項(xiàng)D錯誤．]5．物理學(xué)家做了一個有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個一個地通過狹縫．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識,其中正確的是()A．曝光時間不長時,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn),表現(xiàn)出光的波動性B．單個光子通過雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測C．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性D．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會較多的地方D［少數(shù)光子落點(diǎn)不確定，體現(xiàn)了粒子性，大量光子的行為符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律,受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性，故只有D正確．]6．(多選）電子的運(yùn)動受波動性的支配,對于氫原子的核外電子,下列說法正確的是（）A．氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置B．電子繞核運(yùn)動時，可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律確定它的軌道C．電子繞核運(yùn)動的“軌道"其實(shí)是沒有意義的D．電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置CD［微觀粒子的波動性是一種概率波,對于微觀粒子的運(yùn)動,牛頓運(yùn)動定律已經(jīng)不適用了，所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置，電子的“軌道"其實(shí)是沒有意義的，電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置，綜上所述，C、D正確．]二、非選擇題（14分）7．在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu),因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距相近．已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求德布羅意波長λ＝1。82×10－10m的熱中子動能．［解析]根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h，p）可算出中子動量大小，再由p2＝2mEk，即可算出熱中子的動能．由λ＝eq\f(h，p），p2＝2mEk，得Ek＝eq\f(h2，2mλ2）,代入數(shù)據(jù)得Ek＝3.97×10－21J.[答案]3。97×10－21J［能力提升練］一、選擇題(本題共2小題,每小題8分，共16分）1．利用金屬晶格（大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣．已知電子質(zhì)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，則下列說法中正確的是()A．該實(shí)驗(yàn)說明了電子具有波動性B．實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波波長為λ＝eq\f（h，\r（meU）)C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯A［得到電子的衍射圖樣，說明電子具有波動性，A正確；由德布羅意波波長公式λ＝eq\f(h,p)，而動量p＝eq\r(2mEk）＝eq\r（2meU)，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f（h,\r（2meU)），B錯誤；從公式λ＝eq\f(h,\r(2meU））可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，C錯誤；用相同動能的質(zhì)子替代電子,波長變小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，故D錯誤．]2．(多選)如圖所示，燈絲F發(fā)射的電子束經(jīng)過電場加速后從陽極上狹縫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（）A．經(jīng)過電場加速后，電子的德布羅意波長為eq\f(p，h）B．經(jīng)過電場加速后,電子的德布羅意波長為eq\f（h,p)C．熒光屏上暗紋的位置是電子不能到達(dá)的位置D．熒光屏上亮紋的位置是電子到達(dá)概率大的位置BD[電子的德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)，B正確，A錯誤，熒光屏上暗紋的位置是電子到達(dá)概率小的位置，亮紋的位置是電子到達(dá)概率大的位置，C錯誤，D正確．］二、非選擇題(22分）3．科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為λ，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m。(1)求飛船加速度的表達(dá)式(光子動量p＝eq\f(h,λ））；（2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？[解析]（1）光子垂直射到太陽帆上再反射,動量變化量為2p，設(shè)光對太陽帆的壓力為F，單位時間打到太陽帆上的光子數(shù)為N，則N＝nS由動量定理有FΔt＝NΔt·2p所以F＝N·2p而光子動量p＝eq\f（h，λ)，所以F＝eq\f（2nSh，λ)由牛頓第二定律可得飛船加速度