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

PAGE4-第4、5節(jié)概率波不確定性關(guān)系A(chǔ)組：合格性水平訓(xùn)練1．(對(duì)經(jīng)典粒子的理解)(多選)有關(guān)經(jīng)典物理學(xué)中的粒子，下列說(shuō)法正確的是()A．有肯定的大小，但沒(méi)有肯定的質(zhì)量B．有肯定的質(zhì)量，但沒(méi)有肯定的大小C．既有肯定的大小，又有肯定的質(zhì)量D．有的粒子還有肯定量的電荷答案CD解析依據(jù)經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于粒子的理論定義得C、D正確。2．(對(duì)光的本性的理解)有關(guān)光的本性，下列說(shuō)法中正確的是()A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是相互沖突和對(duì)立的B．光的波動(dòng)性類(lèi)似于機(jī)械波，光的粒子性類(lèi)似于質(zhì)點(diǎn)C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動(dòng)性，又有粒子性，無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性答案D解析光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，并不是沖突和對(duì)立的，故A錯(cuò)誤；光是概率波，不同于機(jī)械波；光的粒子性也不同于質(zhì)點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，大量的光子波動(dòng)性比較明顯，個(gè)別光子粒子性比較明顯，故C錯(cuò)誤；由于光具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光的波動(dòng)性與粒子性是光子本身的一種屬性，故無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為，故光具有波粒二象性，故D正確。3．(對(duì)概率波的理解)下列關(guān)于概率波的說(shuō)法中，正確的是()A．概率波就是機(jī)械波B．物質(zhì)波是一種概率波C．概率波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D．在光的雙縫干涉試驗(yàn)中，若有一個(gè)粒子，則可以確定它從其中的哪一個(gè)縫中穿過(guò)答案B解析概率波具有波粒二象性，因此，概率波不是機(jī)械波，A錯(cuò)誤；對(duì)于電子和其他微觀(guān)粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波，B正確；概率波和機(jī)械波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，但它們的本質(zhì)不一樣，C錯(cuò)誤；在光的雙縫干涉試驗(yàn)中，若有一個(gè)粒子，則它從哪個(gè)縫穿過(guò)有肯定概率，D錯(cuò)誤。4．(對(duì)概率波的理解)試驗(yàn)表明電子也有波粒二象性，通常電子的粒子性比光強(qiáng)，故電子的波長(zhǎng)比光的波長(zhǎng)更短，電子和光相比，我們()A．更簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象B．不簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象C．不簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射現(xiàn)象，但簡(jiǎn)單視察到干涉現(xiàn)象D．更簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射現(xiàn)象，但不簡(jiǎn)單視察到干涉現(xiàn)象答案B解析波動(dòng)性越強(qiáng)越簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射和干涉，電子的波長(zhǎng)比光的波長(zhǎng)更短，則不簡(jiǎn)單視察到明顯的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象，故B正確。5．(概率波)(多選)下列各種波是概率波的是()A．聲波 B．無(wú)線(xiàn)電波C．光波 D．物質(zhì)波答案BCD解析聲波是機(jī)械波，A錯(cuò)誤。無(wú)線(xiàn)電波、光波是電磁波，電磁波和物質(zhì)波均為概率波，故B、C、D正確。6．(不確定性關(guān)系)(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．微觀(guān)粒子不能用“軌道”觀(guān)點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)B．微觀(guān)粒子能用“軌道”觀(guān)點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)C．微觀(guān)粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)精確確定D．微觀(guān)粒子的位置和動(dòng)量能同時(shí)精確確定答案AC解析由不確定性關(guān)系知，微觀(guān)粒子的動(dòng)量和位置不能同時(shí)精確確定，這也就確定了不能用“軌道”的觀(guān)點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)(軌道上運(yùn)動(dòng)的粒子在某時(shí)刻具有確定的位置和動(dòng)量)，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤。7．(不確定性關(guān)系的應(yīng)用)一電子具有200m/s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9.1×10－31kg，普朗克常量為6.63×10－34J·s)答案2.90×10－3m解析由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)知，電子位置的不確定范圍Δx≥eq\f(h,4πΔp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×9.1×10－31×200×0.01%)m≈2.90×10－3m。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練8．(對(duì)概率波的理解)關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是()A．電子假如表現(xiàn)粒子性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律B．電子假如表現(xiàn)粒子性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)肯定遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律C．電子假如表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，空間分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律D．電子假如表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律答案C解析電子表現(xiàn)出粒子性，可以近似用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于光速時(shí)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，A、B錯(cuò)誤；電子表現(xiàn)出波動(dòng)性，無(wú)法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，可確定電子在某點(diǎn)旁邊出現(xiàn)的概率，且概率遵循波動(dòng)規(guī)律，C正確，D錯(cuò)誤。9．(對(duì)概率波的理解)(多選)為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉試驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是()A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的狹縫，假如時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B．使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的狹縫，假如時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)不規(guī)則點(diǎn)狀圖樣C．大量光子的運(yùn)動(dòng)易顯示出光的粒子性D．個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)易顯示出光的粒子性答案AD解析單個(gè)光子運(yùn)動(dòng)具有不確定性，大量光子落點(diǎn)的概率分布遵循肯定規(guī)律，顯示出光的波動(dòng)性。使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫，假如時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上會(huì)出現(xiàn)明顯的干涉圖樣，A正確，B、C錯(cuò)誤；由光的波粒二象性知，個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)易顯示出光的粒子性，D正確。10．(不確定性關(guān)系)(多選)光通過(guò)單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系的觀(guān)點(diǎn)加以說(shuō)明，下列敘述正確的是()A．單縫寬，光沿直線(xiàn)傳播，是因?yàn)閱慰p越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越大的原因B．單縫寬，光沿直線(xiàn)傳播，是因?yàn)閱慰p越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越小的原因C．單縫窄，中心亮紋寬，是因?yàn)閱慰p越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越小的原因D．單縫窄，中心亮紋寬，是因?yàn)閱慰p越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越大的原因答案BD解析由粒子位置不確定量Δx與粒子動(dòng)量不確定量Δp的不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知，單縫越寬，位置不確定量Δx越大，動(dòng)量不確定量Δp越小，所以光沿直線(xiàn)傳播，B正確；單縫越窄，位置不確定量Δx越小，動(dòng)量不確定量Δp越大，所以中心亮紋越寬，D正確。11．(綜合)20世紀(jì)20年頭，劍橋高校學(xué)生G·泰勒做了一個(gè)試驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個(gè)裝置如圖所示。小燈泡發(fā)出的光通過(guò)熏黑的玻璃后變得特別微弱，經(jīng)過(guò)三個(gè)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(duì)這張照片的平均黑度進(jìn)行了測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10－13J。(1)假定起作用的光波波長(zhǎng)約為500nm，計(jì)算從一個(gè)光子到來(lái)和下一個(gè)光子到來(lái)所相隔的平均時(shí)間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)假如當(dāng)時(shí)試驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)為1.2m，依據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？答案(1)8.0×10－7s2.4×102m(2)見(jiàn)解析解析(1)對(duì)于λ＝500nm的光子能量為ε＝hν＝h·eq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J≈4×10－19J。因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1.25×106。假如光子是依次到達(dá)底片的，則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是Δt＝eq\f(1s,n)＝eq\f(1s,1.25×106)＝8.0×10－7s。兩相鄰光子間平均距離為s＝cΔt＝3.0×108×8.0×10－7m＝2.4×102m。(2)由(1)