2024-2025學(xué)年高中物理專題08粒子的波動(dòng)性練習(xí)含解析

PAGEPAGE11課時(shí)08粒子的波動(dòng)性1．以下科學(xué)家中，提出實(shí)物粒子具有波粒二象性的是（）A．德布羅意 B．查德威克C．貝克勒爾 D．約里奧·居里夫婦【答案】A【解析】德布羅意提出實(shí)物粒子象光子一樣，也具有波粒二象性。2．關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性B．光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C．光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著【答案】D【解析】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；光在傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，而與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)為粒子性，故AB錯(cuò)誤。光的波動(dòng)性與粒子性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的，故C錯(cuò)誤。波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著，選項(xiàng)D正確；故選D.3．美國物理學(xué)家康普頓在探討石墨對X射線的散射時(shí)，用X光對靜止的電子進(jìn)行照耀，照耀后電子獲得速度的同時(shí)，X光的運(yùn)動(dòng)方向也會發(fā)生相應(yīng)的變更。下圖是X射線的散射示意圖，下列說法中正確的是（）A．在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí),把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子,因此光子散射后頻率變大B．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量C．X光散射后與散射前相比，速度將會變小D．散射后的光子雖然變更原來的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變【答案】B【解析】A．在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后能量減小，頻率變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量，選項(xiàng)B正確；C．X光散射后與散射前相比速度不變，均為c，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．散射后的光子變更原來的運(yùn)動(dòng)方向，能量減小，則頻率減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果．美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的探討而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來的光子相比（）A．頻率變大B．速度變小C．光子能量變大D．波長變長【答案】D【解析】光子與電子碰撞后，電子能量增加，故光子能量減小，依據(jù)E=hv，光子的頻率減?。还蔄錯(cuò)誤；碰撞前、后的光子速度不變，故B錯(cuò)誤；當(dāng)入射光子與靜止的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，電子能量增加，故光子能量減小。故C錯(cuò)誤。當(dāng)入射光子與靜止的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，依據(jù)λ=hp，知波長增大。選項(xiàng)5．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表示真空的光速，以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則（）A．E=hλc，p=0 B．E=C．E=hcλ，p=0 D．E=【答案】D【解析】光子的能量E=hν=hcλ，動(dòng)量為：6．下列說法中正確的是（）A．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B．普朗克常量h用國際單位制的基本單位表示是kg?C．只要入射光強(qiáng)度足夠大，就能發(fā)生光電效應(yīng)，但單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變D．光的干涉現(xiàn)象中，干涉亮條紋部分是光子到達(dá)幾率大的地方【答案】D【解析】概率波和機(jī)械波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，但其本質(zhì)是不一樣的，故A錯(cuò)誤；普朗克常量的單位為kg?m2/s2，故B錯(cuò)誤；光電效應(yīng)與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只與頻率有關(guān)。故C錯(cuò)誤；依據(jù)波粒二象性可知，干涉條紋亮的地方就是光子到達(dá)概率大的地方，故D正確；7．(多選)在驗(yàn)證光的波粒二象性試驗(yàn)中,下列說法正確的是()A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫,假如時(shí)間足夠長,底片上將出現(xiàn)衍射條紋B．單個(gè)光子通過狹縫后,底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣C．光的波動(dòng)性是大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律D．光子通過狹縫的路途是直線【答案】AC【解析】AC．個(gè)別或少數(shù)光子表現(xiàn)出光的粒子性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性。使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，假如時(shí)間足夠長，通過狹縫的光子數(shù)足夠多，粒子的分布遵從波動(dòng)規(guī)律，底片上將會顯示出衍射圖樣。故AC兩項(xiàng)正確。BD．單個(gè)光子通過狹縫后，路徑是隨機(jī)的，底片上不會出現(xiàn)完整的衍射圖樣。故BD兩項(xiàng)錯(cuò)誤。8．（多選）關(guān)于光子和運(yùn)動(dòng)著的電子，下列敘述正確的是()A．光子和電子一樣都是實(shí)物粒子B．光子和電子都能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．光子和電子都具有波粒二象性D．光子具有波粒二象性，而電子只具有粒子性【答案】BC【解析】A：物質(zhì)可分為兩大類：一是質(zhì)子、電子等實(shí)物，二是電場、磁場等，統(tǒng)稱場。光子是傳播著的電磁場，不是實(shí)物粒子。故A項(xiàng)錯(cuò)誤。BCD：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等試驗(yàn)說明光具有粒子性，光的干涉、衍射說明光具有波動(dòng)性。實(shí)物粒子具有粒子性，依據(jù)物質(zhì)波理論，一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性。所以光子和運(yùn)動(dòng)著的電子都具有波粒二象性，光子和運(yùn)動(dòng)著的電子都能發(fā)生衍射現(xiàn)象。故BC兩項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。9．任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之對應(yīng)，叫做德布羅意波。現(xiàn)有一德布羅意波波長為λ1的中子和一德布羅意波波長為λ2的氘核相向?qū)ψ埠蠼Y(jié)合成一個(gè)氚核，該氚核的德布羅意波波長為（）A．|λ1-λ2|2B．λ1+λ22C．λ1λ2【答案】D【解析】任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有德布羅意波．分別寫出中子和氘核的動(dòng)量的表達(dá)式，然后依據(jù)動(dòng)量守恒定律得出氚核的動(dòng)量，代入公式即可．中子的動(dòng)量P1=hλ1，氘核的動(dòng)量P2=hλ2；對撞后形成的氚核的動(dòng)量同一物質(zhì)不同的速度，對應(yīng)的德布羅意波的波長也不相同．記住德布羅意波波長表達(dá)式P=h10．關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子和電子是同種粒子，光波與機(jī)械波是同種波C．光的波動(dòng)性是由光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說并未否定電磁說【答案】D【解析】光具有波粒二象性是微觀世界具有的特別規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性，光的波長越長，波動(dòng)性越明顯，波長越短，其粒子性越顯著；A、所以的光都具有波粒二象性，光同時(shí)具有波和粒子的特性，即光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，故A錯(cuò)誤，D正確；

B、電子是組成原子的基本粒子，有確定的靜止質(zhì)量，是一種物質(zhì)實(shí)體，速度可以低于光速；光子代表著一份能量，沒有靜止質(zhì)量，速度恒久是光速，光波和機(jī)械波是不同的兩種波，故B錯(cuò)誤；

C、光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出的波動(dòng)性，光在跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性，故C錯(cuò)誤；本題考查了光的波粒二象性，有時(shí)波動(dòng)性明顯，有時(shí)粒子性明顯，光是一種波，同時(shí)也是一種粒子。11．任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應(yīng)，波長滿意λ=hp(其中，h為普朗克常量，p為動(dòng)量)，人們把這種波叫做德布羅意波。現(xiàn)有德布羅意波波長為λ1的一個(gè)中子和一個(gè)氘核相向?qū)ψ?，撞后結(jié)合成一個(gè)波長為λA．λ1+λ22B．λ【答案】C【解析】中子的動(dòng)量P1=hλ1，氚核的動(dòng)量P2=hλ2，故選C。寫出中子和氚核的動(dòng)量的表達(dá)式，然后依據(jù)動(dòng)量守恒定律得出氘核的動(dòng)量，代入公式即可。實(shí)力實(shí)力提高之百尺竿頭1．有關(guān)光的本性，下列說法正確的是()A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(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，又具有粒子性，無法只用其中一種性質(zhì)去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性【答案】D【解析】A、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A錯(cuò)誤；B、光是概率波，不同與機(jī)械波；光的粒子性也不同與質(zhì)點(diǎn)；即單個(gè)光子即具有粒子性也具有波動(dòng)性；故B錯(cuò)誤；C、單個(gè)光子即具有粒子性也具有波動(dòng)性，只是大量的光子波動(dòng)性比較明顯，個(gè)別光子粒子性比較明顯，故C錯(cuò)誤；D、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，故無法只用其中一種去說明光的一切行為，故光具有波粒二象性，故D正確；故選D。光的波粒二象性是指光波同時(shí)具有波和粒子的雙重性質(zhì)，但有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性．個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性．2．關(guān)于光子和運(yùn)動(dòng)著的電子，下列論述正確的是A．光子和電子一樣都是實(shí)物粒子B．光子能發(fā)生衍射現(xiàn)象，電子不能發(fā)生衍射現(xiàn)象C．光子和電子都具有波粒二象性D．光子具有波粒二象性，而電子只具有粒子性【答案】C【解析】物質(zhì)可分為兩大類：一是質(zhì)子、電子等實(shí)物；二是電場、磁場等，統(tǒng)稱場．光是傳播著的電磁場．依據(jù)物質(zhì)波理論，一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波動(dòng)性，故光子和電子都具有波粒二象性．綜上所述，C選項(xiàng)正確。3．用頻率為υ的光垂直照耀平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去。已知真空中的光速為c，普朗克常量為h，則光子在反射前后動(dòng)量變更量的大小為（）A．hυcB．hcυC．2【答案】D【解析】依據(jù)德布羅意波長公式，則光子的動(dòng)量為p=hλ=hνc。取入射方向?yàn)檎较颍瑒t光子動(dòng)量的變更量為△p=p末-p初=-p-p=-2hνc，因此當(dāng)光被鏡面全部垂直反射回去，光子的速度方向與起先時(shí)相反，所以光子在反射前后動(dòng)量變更量的大小為2hνc；故選D.

點(diǎn)睛：考查德布羅意波長公式4．現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)。為滿意測量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長設(shè)定為dh其中n>1。已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e，電子的初速度不計(jì)，則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為(A．n2h2med2【答案】C【解析】物質(zhì)波的波長λ=則d得：v=由動(dòng)能定理可得：eU=解得：U=n25．有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測時(shí)，給探測器安上面主動(dòng)大、反射率極高(可認(rèn)為100%)的薄膜，并讓它正對太陽，用光壓為動(dòng)力推動(dòng)探測器加速．已知探測器在某軌道上運(yùn)行時(shí)，每秒每平方米面積獲得的太陽光能為E=1.5×104J，薄膜面積為S=6.0×102m2，若探測器總質(zhì)量為M=60kg，光速c=3.0×108m/s，那么下列最接近探測器得到的加速度大小的是(依據(jù)量子理論，光子不但有能量，而且有動(dòng)量．光子動(dòng)量的計(jì)算式為p=hλ，其中h是普朗克常量，λ是光子的波長A．1.0×10－3m/s2B．1.0×10－2m/s2C．1.0×10－1m/s2D．1m/s2【答案】A【解析】由E=hν，P=hλ以及光在真空中光速c=λν知，光子的動(dòng)量和能量之間關(guān)系為E=pc，設(shè)時(shí)間t內(nèi)射到探測器上的光子個(gè)數(shù)為n，每個(gè)光子能量為E，光子射到探測器上后全部反射，則這時(shí)間對探測器的光壓最大，設(shè)這個(gè)壓強(qiáng)為p壓，每秒每平方米面積獲得的太陽光能p0=ntE，由動(dòng)量定理得：Ftn=2p，壓強(qiáng)P6．為證明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，某試驗(yàn)小組用電子束做雙縫干涉試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)用50kV電壓加速電子束，然后垂直射到間距為1mm的雙縫上，在與雙縫距離約為35cm的光屏上得到了干涉條紋。該條紋與托馬斯·楊用可見光做的雙縫干涉試驗(yàn)所得到的圖樣基本相同，但條紋間距很小。這是對德布羅意物質(zhì)波理論的又一次試驗(yàn)驗(yàn)證。依據(jù)德布羅意理論，實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，其波長，其中h為普朗克常量，p為電子的動(dòng)量。下列說法正確的是（）A．只增大加速電子的電壓，可以使干涉條紋間距變大B．只減小加速電子的電壓，可以使干涉條紋間距變大C．只增大雙縫間的距離，可以使干涉條紋間距變大D．只減小雙縫到光屏的距離，可以使干涉條紋間距變大【答案】B【解析】增大加速電子的電壓，則電子的速度變大，動(dòng)量變大，依據(jù)德布羅意波長公式知，波長變小，依據(jù)△x＝λ知，條紋間距變?。煌?，只減小加速電子的電壓，可以使干涉條紋間距變大。故A錯(cuò)誤，B正確。依據(jù)△x＝λ知，加大雙縫間的距離d，則條紋間距減?。恢粶p小雙縫到光屏的距離L，可以使干涉條紋間距減小，故CD錯(cuò)誤。故選B。7．（多選）利用金屬晶格（大小約10-10m)作為障礙物視察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過電場加速后，照耀到金屬晶格上，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．該試驗(yàn)說明白電子具有波動(dòng)性B．試驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長為λ=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(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯【答案】AB【解析】A、該試驗(yàn)視察電子的衍射圖樣，衍射現(xiàn)象說明粒子的波動(dòng)性，故A正確；

B、電子束通過電場加速，由動(dòng)能定理可得：eU=12mv2，故有：P=mv=2meU，所以，試驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長為：λ=hP=h2meU，故B正確；

C、由B可知：加速電壓U越大，波長越小，那么，衍射現(xiàn)象越不明顯，故C依據(jù)衍射現(xiàn)象得到波動(dòng)性，然后由動(dòng)能定理得到粒子速度，進(jìn)而得到動(dòng)量，從而得到波長，依據(jù)波長表達(dá)式得到電壓或粒子變更下波長的變更，從而推斷衍射現(xiàn)象變更。8．(多選)依據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是()A．微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒有波動(dòng)性B．宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C．宏觀物體的波動(dòng)性不易被人視察到是因?yàn)樗牟ㄩL太長D．速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯【答案】BD【解析】AB、任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子質(zhì)子大到行星太陽,都有一種波與之對應(yīng)這種波稱為物質(zhì)波,是波就具備波的特性——波動(dòng)性，故A錯(cuò)；B對C、宏觀物體的波動(dòng)性不易被人視察到是因?yàn)樗牟ㄩL太短.故C錯(cuò)誤;

D、質(zhì)子和電子都有波動(dòng)性,由λ=hp,可以知道,相同速度的電子和質(zhì)子,因?yàn)橘|(zhì)子的質(zhì)量較大,所以其物質(zhì)波波長較短,所以電子的波動(dòng)性更為明顯.故故選BD德布羅意波理論告知我們,一切運(yùn)動(dòng)的微粒都有一種波與之對應(yīng),即一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性.電子有波動(dòng)性,但在肯定的條件下才能表現(xiàn)出來.9．用很弱的光做單縫衍射試驗(yàn)，變更曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖案如圖所示，則（）A．光的能量在膠片上分布不勻稱B．單個(gè)光子的分布是隨機(jī)的，大量光子的分布滿意統(tǒng)計(jì)規(guī)律C．時(shí)間較長的圖案不同于強(qiáng)光的單縫衍射圖樣D．圖案表明光是一種概率波【答案】ABD【解析】時(shí)間不太長時(shí)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子，說明白單個(gè)光子表現(xiàn)為粒子性，光子到達(dá)的多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而光子到達(dá)的少的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋，說明光的能量在膠片上分布不勻稱，光到達(dá)膠片上不同位置的概率不相同，即圖案表明光是一種概率波，故AD正確；時(shí)間較長的圖案表明光子到達(dá)的較多，于強(qiáng)光的單縫衍射圖樣相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知，單個(gè)光子表現(xiàn)為粒子性，單個(gè)光子的分布是隨機(jī)的，而大量光子表現(xiàn)為波動(dòng)性，光子的分布滿意統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故B正確；故選ABD。本題主要考查了光的波粒二象性及其表現(xiàn)形式，其實(shí)這類題目往往考查的內(nèi)容很基礎(chǔ)，故只要留意基礎(chǔ)學(xué)問的積累，就能順當(dāng)解決此類題目.10．利用金屬晶格(大小約10-10m)作為障礙物視察電子的衍射圖樣,方法是讓電子束通過電場加速后,照耀到金屬晶格上,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A．該試驗(yàn)說明白電子具有波動(dòng)性B．試驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長為AC．加速電壓U越大,電子衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯【答案】AB【解析】該試驗(yàn)視察電子的衍射圖樣，衍射現(xiàn)象說明粒子的波動(dòng)性，A正確；電子束通過電場加速，由動(dòng)能定理可得eU=12mv2，故有p=mv=2meU，所以，試驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長為λ=hp=h2meU，加速電壓U越大，波長越小，那么，衍射現(xiàn)象越不明顯，帶電物體在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)，分析物體受力狀況，明確物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后選擇恰當(dāng)?shù)倪^程運(yùn)用牛頓其次定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列式求解，依據(jù)衍射現(xiàn)象得到波動(dòng)性，然后由動(dòng)能定理得到粒子速度，進(jìn)而得到動(dòng)量，從而得到波長，依據(jù)波長表達(dá)式得到電壓或粒子變更下波長的變更，從而推斷衍射現(xiàn)象變更．11．關(guān)于光的粒子性、波動(dòng)性和波粒二象性，下列說法正確的是（）A．光子說的確立完全否定了波動(dòng)說B．光的波粒二象性是指光既與宏觀概念中的波相同又與微觀概念中的粒子相同C．光的波動(dòng)說和粒子說都有其正確性，但又都