2020高中物理 第17章 波粒二象性 第節(jié) 粒子的波動性練習(xí)（含解析）-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PAGE9-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精粒子的波動性基礎(chǔ)夯實一、選擇題(1~4題為單選題,5、6題為多選題）1．能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(A）A．光的干涉、衍射現(xiàn)象和光電效應(yīng)B．光的反射與小孔成像C．光的折射與偏振現(xiàn)象D．光的干涉、衍射與光的色散解析:小孔成像說明光沿直線傳播,選項C、D說明光的波動性，故選項A正確。2．對于光的波粒二象性的說法中，正確的是(D)A．一束傳播的光，有的光是波,有的光是粒子B．光波與機(jī)械波是同樣的一種波C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說,在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性解析：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性;單個光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述,表現(xiàn)出波動性。粒子性和波動性是光子本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說。3．實物粒子和光都具有波粒二象性，下列事實中突出體現(xiàn)粒子性的是（B)A．電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣B．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān)C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣,說明電子具有波動性，不能突出表現(xiàn)出粒子性，故A錯誤；光電效應(yīng)實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故B正確；用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu),說明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，故C錯誤；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，故D錯誤.4．關(guān)于物質(zhì)波,下列說法正確的是(A)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倍解析：由λ＝eq\f(h,p）＝eq\f（h，mv)＝eq\f（h，\r(，2mEk））易判選項A正確.5．頻率為ν的光子，德布羅意波長為λ＝eq\f(h,p），能量為E，則光的速度為（AC）A．eq\f(Eλ,h） B．pEC．eq\f(E，p) D．eq\f（h2,Ep）解析：根據(jù)c＝λν,E＝hν,λ＝eq\f（h,p），即可解得光的速度為eq\f(Eλ,h）或eq\f（E,p).6．根據(jù)愛因斯坦“光子說”可知，下列說法錯誤的是（ACD)A．“光子說"本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”B．光的波長越大，光子的能量越小C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化D．只有光子數(shù)很多時，光才具有粒子性解析：愛因斯坦的“光子說”與牛頓的“微粒說”本質(zhì)不同，選項A錯誤。由E＝heq\f(c,λ）可知選項B正確。一束單色光的能量不能是連續(xù)變化，只能是單個光子能量的整數(shù)倍，選項C錯誤。光子不但具有波動性，而且具有粒子性，選項D錯誤.二、非選擇題7．如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置，從燈絲F上漂出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U＝104V，電子質(zhì)量為m＝0。91×10－30kg。電子被加速后通過小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，發(fā)生衍射,結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。試計算電子的德布羅意波長。答案：1.23×10－11m解析：電子加速后的動能EK＝eq\f（1,2)mv2＝eU,電子的動量p＝mv＝eq\r（2mEk）＝eq\r(2meU)。由λ＝eq\f（h,p)知，λ＝eq\f(h，\r(2meU)）,代入數(shù)據(jù)得λ≈1.23×10－11m。能力提升一、選擇題(1～3題為單選題,4～5題為多選題)1．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0。2nm，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將(A)A．小于0.2nm B．大于0。2nmC．等于0.2nm D．以上說法均不正確解析:顯微鏡的分辨能力與波長有關(guān)，波長越短其分辨率能力越強(qiáng),由λ＝eq\f（h，p）知，如果把質(zhì)子加速到與電子相同的速度，質(zhì)子的波長更短，分辨能力更高.2．如圖所示，弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成亮暗相間的條紋，與鋅板相連的驗電器的鋁箔有張角，則該實驗不能證明(B)A．光具有波動性 B．從鋅板上逸出帶正電的粒子C．光能發(fā)生衍射 D．光具有波粒二象性解析：該題巧妙地把光的衍射和光電效應(yīng)實驗綜合在一起，解題時應(yīng)從光的衍射、光電效應(yīng)、光的波粒二象性知識逐層分析，逸出的光電子應(yīng)帶負(fù)電。3．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，然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、電量為e、初速度為零，加速電壓為U，普朗克常量為h,則下列說法中不正確的是(D）A．該實驗說明電子具有波動性B．實驗中電子束的德布羅意波長為λ＝eq\f(h,\r（2meU）)C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越不明顯D．若用相同動能的質(zhì)子代替電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析:實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，故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,\r(2meU）)，故B正確；由上式可知,加速電壓U越大,波長越短，衍射現(xiàn)象越不明顯，故C正確；物體動能與動量的關(guān)系是p＝eq\r(2mEk),由于質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量,所以動能相同的質(zhì)子的動量遠(yuǎn)大于電子的動量，由λ＝eq\f(h，p)可知，相同動能的質(zhì)子的德布羅意波的波長遠(yuǎn)小于電子德布羅意波的波長,波長越小，衍射現(xiàn)象越不明顯,故D錯誤；本題要求選錯誤的，故選D。4．為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：（1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長很短,能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,因此電子顯微鏡的分辨率高);（2）利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列，則下列分析中正確的是(AD)A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動的速度應(yīng)很小C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長要遠(yuǎn)小于原子的尺寸D．中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當(dāng)解析：由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短,能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象"及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多，A項正確;由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長與原子尺寸相當(dāng)，D項正確，C項錯誤。5．下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知（ABC）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9。1×10－315.0×1061。2×10－10無線電波（1MHz）3。0×1083。0×102A．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能表現(xiàn)出波動性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性D．只有可見光才有波動性解析：由于彈子球德布羅意波長極短,故很難觀察其波動性,而無線電波波長為3。0×102m，所以通常表現(xiàn)出波動性，很容易發(fā)生衍射,而金屬晶體的晶格線度大約是10－10m數(shù)量級，所以波長為1.2×10－10m的電子可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.故選A、B、C。二、非選擇題6．已知銫的逸出功為1。9eV,現(xiàn)用波長為4.3×10－7m的入射光照射金屬銫。（1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？(2)若能發(fā)生光電效應(yīng),求光電子的德布羅意波波長最短為多少。（電子的質(zhì)量為m＝0。91×10－30kg）答案:（1)能(2)1.2×10－9m解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6。626×10－34×eq\f(3.0×108,4.3×10－7）×eq\f(1,1.6×10－19）eV≈2。9eV。