新教材同步輔導2023年高中物理課時評價作業(yè)十四德布羅意波不確定性關系粵教版選擇性必修第三冊

課時評價作業(yè)(十四)德布羅意波不確定性關系A級基礎鞏固1．2021年10月5日，諾貝爾物理學獎頒給了分別來自美國、德國、意大利的三位科學家，其中意大利科學家喬治·帕里西因發(fā)現了“從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)中無序和波動的相互作用”而獲獎．下列有關近代物理的說法正確的是()A．光電效應說明光具有波動性B．普朗克為了解釋黑體輻射現象，第一次提出了能量量子化理論C．光波是一種概率波，光的波動性是由于光子之間的相互作用引起的，這是光子自身的固有性質D．只有運動著的微觀粒子才有物質波，對于宏觀物體，不論其是否運動，都沒有相對應的物質波解析：光電效應說明光具有粒子性，故A錯誤；普朗克為了解釋黑體輻射現象，第一次提出了能量量子化理論，故B正確；波粒二象性是光的根本屬性，與光子之間的相互作用無關，故C錯誤；無論宏觀物體還是微觀物體，都具有相對應的物質波，故D錯誤．答案：B2．2022年10月31日“夢天”實驗艙成功發(fā)射，其上配置了世界領先的微重力超冷原子物理實驗平臺，利用太空中的微重力環(huán)境和冷卻技術，可獲得地面無法制備的超冷原子．超冷原子是指溫度接近0K狀態(tài)下的原子(質量約10－27kg)，其運動速度約為室溫下原子速度(約500m/s)的5×10－5倍．超冷原子的制備要先利用激光冷卻技術，使用方向相反的兩束激光照射原子，原子會吸收激光的光子然后再向四周隨機輻射光子，經過多次吸收和輻射后，原子的速度減小．同時施加磁場將原子束縛在一定區(qū)域內，避免原子逃逸，以延長原子與激光作用的時間．再用蒸發(fā)冷卻技術，將速度較大的原子從該區(qū)域中排除，進一步降低溫度．取普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.下列說法錯誤的是()A．太空中的微重力環(huán)境可使實驗艙中的原子長時間處于懸浮狀態(tài)，利于獲得超冷原子B．超冷原子的物質波波長約為10－5m數量級C．原子減速是通過原子向四周隨機輻射光子實現的D．超冷原子的蒸發(fā)冷卻的機制，與室溫下水杯中的水蒸發(fā)冷卻的機制類似解析：在微重力環(huán)境下，原子幾乎不受外力，故而能夠長時間處于懸浮狀態(tài)，有利于激光照射，故利于獲得超冷原子，故A正確；由德布羅意波波長公式λ＝eq\f(h,p)，其中p＝mv＝10－27×500×5×10－5kg·m/s＝2.5×10－29kg·m/s，解得超冷原子的物質波波長λ＝2.652×10－5m，故B正確；原子減速是通過吸收迎面射來的激光光子的能量，從而動量減少，速度減小，故C錯誤；超冷原子的蒸發(fā)冷卻的機制，與室溫下水杯中的水蒸發(fā)冷卻的機制類似，故D正確．答案：C3．下列關于光的本性的說法中正確的是()A．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性B．光從光疏介質射向光密介質后，波長變長C．光具有波粒二象性是指光在任何情況下，光都具有波動性，同時也具有粒子性D．頻率低、波長長的光，粒子性特征顯著；頻率高、波長短的光，波動性特征顯著解析：光的波粒二象性是同時存在的，只是在不同的現象中表現出不同的性質，故A錯誤，C正確；光從光疏介質射向光密介質，頻率和周期不變，波速變小，波長變短，故B錯誤；頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著，故D錯誤．答案：C4．(2023·江蘇南通高三統(tǒng)考期末)eq\o\al(5,3)Li(鋰核)是不穩(wěn)定的，一個靜止的eq\o\al(5,3)Li分裂時的核反應方程為eq\o\al(5,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋X＋γ，其中X的動量大小為p1，eq\o\al(4,2)He的動量大小為p2，γ光子與eq\o\al(4,2)He運動方向相同，普朗克常量為h，則()A．X是中子 B．X是電子C．γ光子的波長為eq\f(h,p1－p2) D．γ光子的波長為eq\f(h,p1＋p2)解析：根據核反應方程質量數守恒和電荷數守恒可得eq\o\al(5,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H＋γ，故X是質子，A、B錯誤；設γ光子的動量為p，取α粒子運動方向為正方向，合動量為零，根據動量守恒定律可得p＋p2＝p1，根據德布羅波長計算公式可得λ＝eq\f(h,p)，解得λ＝eq\f(h,p1－p2)，D錯誤，C正確．答案：C5．(2022·江西撫州高二統(tǒng)考期末)有關光的波粒二象性、物質波，下列說法正確的是()A．康普頓效應揭示了光具有波動性B．個別光子只有粒子性，多數光子的作用效果才表現為波動性C．動能相等的電子和質子，電子的動量小，電子的物質波波長小D．光電效應揭示了光具有粒子性，光的波長越短，其粒子性越顯著解析：康普頓效應揭示了光具有粒子性，故A錯誤；光子既有波動性又有粒子性，個別光子的作用效果往往表現為粒子性，大量光子的作用效果往往表現為波動性，故B錯誤；根據動能與動量的關系Ek＝eq\f(p2,2m)可知，動能相等的電子和質子，電子的動量小，根據物質波的波長公式λ＝eq\f(h,p)可知，電子的物質波波長大，故C錯誤；光電效應揭示了光具有粒子性，光的波長越短，其粒子性越顯著，故D正確．答案：D6．(2023·浙江模擬預測)脈沖燃料激光器以450μs的脈沖形式發(fā)射波長為585nm的光，這個波長的光可以被血液中的血紅蛋白強烈吸收，從而有效清除由血液造成的瘢痕．每個脈沖向瘢痕傳送約為5.0×10－3J的能量，普朗克常量為6.626×10－34J·s()A．每個光子的能量約為5×10－19JB．每個光子的動量約為3.9×10－43kg·m/sC．激光器的輸出功率不能小于1.24WD．每個脈沖傳送給瘢痕的光子數約為1.47×1016個解析：每個光子的能量約為E＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.626×10－34×3×108,585×10－9)J≈3.4×10－19J，選項A錯誤；每個光子的動量約為p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(6.626×10－34,585×10－9)kg·m/s≈1.13×10－27kg·m/s，選項B錯誤；激光器的輸出功率不能小于P＝eq\f(5.0×10－3J,450×10－6s)≈11.1W，選項C錯誤；每個脈沖傳送給瘢痕的光子數約為n＝eq\f(5.0×10－3,3.4×10－19)個＝1.47×1016個，選項D正確．答案：DB級能力提升7．一個質量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波波長為()A.eq\r(\f(h,2mgU)) B.eq\f(h,2mqU)C.eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU) D.eq\f(h,\r(mqU))解析：設加速后的速度為v，根據動能定理可得：qU＝eq\f(1,2)mv2，所以v＝eq\r(\f(2qU,m))，由德布羅意波波長公式可得：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,m\r(\f(2qU,m)))＝eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU)，所以選項C正確．答案：C8．X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為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)解析：根據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)，故D正確．答案：D9．(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征．下列說法正確的是()A．光電效應現象揭示了光的粒子性B．中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性C．電子在穿過金屬片后的衍射現象，證實了電子的粒子性D．動能相等的質子和電子，它們的物質波波長也相等解析：光電效應現象揭示了光的粒子性，A正確；中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性，電子在穿過金屬片后的衍射現象，證實了電子的波動性，故B正確，C錯誤；由λ＝eq\f(h,p)，p＝eq\r(2mEk)可得：λ＝eq\r(\f(h,2mEk))，因質子和電子動能相等，質子質量較大，可知，質子的物質波的波長較小，D錯誤．答案：ABC級拓展創(chuàng)新10．(多選)為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：①用分辨率比光學顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現象，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，進而分析出晶體的原子排列．則下列分析中正確的是()A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質波的波長比原子尺寸小得多B．電子顯微鏡中電子束運動的速度應很小C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長要遠小于原子的尺寸D．中子的物質波的波長可以與原子尺寸相當解析：由題目所給信息“電子的物質波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現象”及發(fā)生明顯衍射現象的條件可知，電子的物質波的波長比原子尺寸小得多，由p＝eq\f(h,λ)可知它的動量應很大，速度應很大，A正確，B錯誤；由題目所給信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生明顯衍射現象的條件可知，中子的物質波波長及X射線的波長與原子尺寸相當，C錯誤，D正確．答案：AD11．現用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構．為滿足測量要求，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