2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性45概率波不確定性關(guān)系課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE4概率波不確定性關(guān)系時間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．關(guān)于光的本性，下列說法正確的是(C)A．波動性和粒子性是相互沖突和對立的，因此光具有波粒二象性是不行能的B．光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C．大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性D．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性解析：由光的波粒二象性可知：光是同時具有波動性和粒子性的，但是不同于宏觀的機(jī)械波和宏觀粒子，波動性和粒子性是光在不同狀況下的表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個側(cè)面．我們無法用一種學(xué)說去說明光的全部行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性．事實上光是一種概率波，即少數(shù)光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性．綜上所述選項C正確．2．關(guān)于電子的運動規(guī)律，以下說法正確的是(C)A．電子假如表現(xiàn)出粒子性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律B．電子假如表現(xiàn)出粒子性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律C．電子假如表現(xiàn)出波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律D．電子假如表現(xiàn)出波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律解析：由于電子是概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性，無法用軌跡描述其運動，也不遵從牛頓運動定律，所以選項A、B錯誤；大量電子表現(xiàn)出波動性，無法用軌跡描述其運動，但可確定電子在某點旁邊出現(xiàn)的概率且遵循波動規(guī)律，選項C正確，D錯誤．3．經(jīng)150V電壓加速的電子束，沿同一方向射出，穿過鋁箔后射到其后的屏上，已知電子質(zhì)量me＝9.0×10－31kgA．全部電子的運動軌跡均相同B．全部電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)均相同C．電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)可用牛頓運動定律確定D．電子到達(dá)屏上的位置受波動規(guī)律支配，無法用確定的坐標(biāo)來描述它的位置解析：電子束穿過鋁箔時發(fā)生衍射，受波動規(guī)律支配不行能同時精確地知道電子的位置和動量，不行能用“軌跡”來描述電子的運動，所以A、B、C均錯誤，D正確．4．一個電子被加速后，以極高的速度在空間運動，關(guān)于它的運動，下列說法中正確的是(D)A．電子在空間做勻速直線運動B．電子上下左右抖動著前進(jìn)C．電子運動軌跡是正弦曲線D．無法預(yù)言它的路徑解析：依據(jù)概率波的學(xué)問可知，某個電子在空間中運動的路徑我們無法確定，只能依據(jù)統(tǒng)計規(guī)律確定大量電子的運動區(qū)域，故選項D正確．5．對于微觀粒子的運動，下列說法中正確的是(D)A．不受外力作用時間子就會做勻速運動B．光子受到恒定外力作用時就會做勻變速運動C．只要知道電子的初速度和所受外力，就可以確定其隨意時刻的速度D．運用牛頓力學(xué)無法確定微觀粒子的運動規(guī)律解析：光子不同于宏觀力學(xué)的粒子，不能用宏觀粒子的牛頓力學(xué)規(guī)律分析光子的運動，選項A、B錯誤；依據(jù)概率波、不確定性關(guān)系可知，選項C錯誤，故選D.6．如圖所示是一個粒子源，產(chǎn)生某種微觀粒子，在其正前方安裝只有兩條狹縫的擋板，粒子穿過狹縫打在前方的熒光屏上使熒光屏發(fā)光．那么在熒光屏上將看到(B)A．只有兩條亮紋B．有多條明暗相間的條紋C．沒有亮紋D．只有一條亮紋解析：由于粒子源產(chǎn)生的粒子是微觀粒子，它的運動受波動性支配，對大量粒子運動到達(dá)屏上的某點的概率，可以用波的特征進(jìn)行描述，即產(chǎn)生雙縫干涉，在屏上將看到干涉條紋，所以B正確．7．關(guān)于光的性質(zhì)，下列敘述中正確的是(BC)A．在其他同等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越簡單看到B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動性越顯著C．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性D．假如讓光子一個一個地通過狹縫時，它們將嚴(yán)格依據(jù)相同的軌跡和方向做勻速直線運動解析：光具有波粒二象性，頻率越高，粒子性越顯著；頻率越低，波動性越顯著．個別光子表現(xiàn)出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．8．下列對物理模型和物理現(xiàn)象的關(guān)系理解正確的是(BD)A．物理模型應(yīng)與日常閱歷相吻合，并能說明物理現(xiàn)象B．物理模型可以與日常閱歷相悖，但應(yīng)與試驗結(jié)果一樣C．物理模型不能特別怪異，讓人難以理解D．只要物理模型與試驗結(jié)果一樣，它在肯定范圍內(nèi)就能正確代表探討的對象解析：建立物理模型的目的就是能說明物理現(xiàn)象，與試驗結(jié)果符合，而不是符合人的日常閱歷，B、D正確．9．依據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)，推斷下列說法正確的是(AD)A．實行方法提高測量Δx精度時，Δp的精度下降B．實行方法提高測量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)解析：不確定性關(guān)系表明無論采納什么方法試圖確定Δx和Δp中的一個，必定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，都不行能逾越不確定性關(guān)系所給出的不確定限度．故A、D正確．二、非選擇題10．質(zhì)量為10g的子彈，以300m/s的速度射向靶子，試計算此子彈位置不確定性的范圍．(設(shè)其動量的不確定范圍為0.02%)答案：大于或等于8.8×10－32解析：Δp＝mv×0.02%＝10×10－3×300×0.02×10－2kg·m·s＝6×10－4kg·m·s由Δx·Δp≥eq\f(h,4π)知，子彈位置的不確定性的范圍是Δx≥eq\f(h,4π·Δp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×6×10－4)m＝8.8×10－32m.11．質(zhì)量為10g的子彈與電子的速率相同，均為500m/s，其測量精確度為0.01%，若位置和速率在同一試驗中同時測量，則它們位置的最小不確定量各為多少？(電子質(zhì)量為9.1×10－31kg答案：1.06×10－31m1.16×10－解析：測量精確度即速度的不確定量，故子彈、電子的速度不確定量均為Δv＝0.05m/s，子彈動量的不確定量Δp1＝m1Δv＝5×10－4kg電子動量的不確定量Δp2＝m2Δv＝4.55×10－32kg由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)得，子彈位置的最小不確定量Δx1＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×5×10－4)m≈1.06×10－31m.電子位置的最小不確定量Δx2＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×4.55×10－32)m≈1.16×10－3m.12．20世紀(jì)20年頭，劍橋高校的學(xué)生G·泰勒做了一個試驗：在一個密閉的箱子里放上小燈泡、熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個裝置如圖所示．小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得特別微弱，經(jīng)過三個月的曝光，在底片上針尖影子四周才出現(xiàn)特別清楚的衍射條紋，泰勒對這張照片的平均黑度進(jìn)行測量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10－13J．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)(1)假如起作用的光波波長約為500nm，計算從一個光子到來至下一個光子到來所相隔的平均時間，以及光束中兩相鄰光子之間的平均距離．(2)假如當(dāng)時試驗中用的箱子長為1.2m，依據(jù)(1)的計算結(jié)果，能否找到光是概率波的證據(jù)？答案：(1)8.0×10－7s2.4×102解析：(1)波長λ＝500nm的光子能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J＝4.0×10－19Jn＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1