《2017-2018學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 第4、5節(jié) 實(shí)物粒子的波粒二象性 不確定關(guān)系教學(xué)案 教科版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2017-2018學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 第4、5節(jié) 實(shí)物粒子的波粒二象性 不確定關(guān)系教學(xué)案 教科版選修3-5（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第4、5節(jié) 實(shí)物粒子的波粒二象性_不確定關(guān)系(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼P59)一、德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)及德布羅意波的波長(zhǎng)1假說(shuō)內(nèi)容實(shí)物粒子像光子一樣，也具有波粒二象性，可以引入波長(zhǎng)、頻率的概念，有如下關(guān)系式：Eh，p。2德布羅意波的波長(zhǎng)二、德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)電子束在晶體表面上散射的實(shí)驗(yàn)。(2)電子束穿過(guò)多晶薄膜的衍射實(shí)驗(yàn)。三、氫原子中的電子云1定義電子在原子核周圍出現(xiàn)的概率密度分布的情況，被形象化地叫做電子云。2電子的分布某一空間范圍內(nèi)電子出現(xiàn)概率大的地方，電子運(yùn)動(dòng)到那里的機(jī)會(huì)就多，反之就少。四、不確定關(guān)系1微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征不再遵守牛頓定律，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量，不可能用“

2、軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過(guò)概率做統(tǒng)計(jì)性的描述。2不確定性關(guān)系(1)關(guān)系式：以x表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在x方向上的動(dòng)量的不確定量，那么xp，式中h是普朗克常量。(2)意義：不確定性關(guān)系xp是量子力學(xué)的一條基本原理，是物質(zhì)的波粒二象性的生動(dòng)體現(xiàn)。人們能準(zhǔn)確預(yù)知單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)情況嗎？粒子出現(xiàn)的位置是否無(wú)規(guī)律可循呢？提示：由不確定性關(guān)系可知我們不能準(zhǔn)確預(yù)知單個(gè)粒子的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，但粒子出現(xiàn)的位置也并不是無(wú)規(guī)律可循，我們可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律知道粒子在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率。(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼P59)對(duì)物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)與理解1.物質(zhì)波的提出德布羅意把光的波粒二象性推廣到了實(shí)物粒子，用

3、類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在。他認(rèn)為：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。并且指出其能量、動(dòng)量跟它對(duì)應(yīng)的頻率、波長(zhǎng)的關(guān)系。，。2物質(zhì)波的意義波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性，宏觀的物體也存在波動(dòng)性，但波長(zhǎng)太小，無(wú)法觀測(cè)。3對(duì)物質(zhì)波的理解(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故。(2)德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波。(3)德布羅意假說(shuō)是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物

4、粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波。特別提醒(1)一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性。(2)看到的宏觀物體，其運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖看不出它們的波動(dòng)性，但也有一個(gè)波長(zhǎng)與之對(duì)應(yīng)。只是這個(gè)波長(zhǎng)非常小，難以觀測(cè)到。1關(guān)于德布羅意波，正確的解釋是()A運(yùn)動(dòng)的物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B微觀粒子都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波C原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)輻射物質(zhì)波D宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的物質(zhì)波長(zhǎng)太短，很難觀察到它的波動(dòng)性解析：選AD運(yùn)動(dòng)的物體才有物質(zhì)波，A對(duì)，B錯(cuò)；原子輻射出的是電磁波，不是物質(zhì)波，C錯(cuò)；實(shí)際上宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，p較大，又h極小，所以很小，即不易

5、觀察波動(dòng)性，D對(duì)。不確定關(guān)系(1)不確定性關(guān)系是微觀粒子具有波粒二象性的必然結(jié)果，除位置和動(dòng)量的不確定關(guān)系外，還有其他不確定性關(guān)系，如時(shí)間和能量的不確定性關(guān)系：Et。(2)普朗克常量是不確定性關(guān)系中的重要角色，如果h的值可忽略不計(jì)，這時(shí)物體的位置、動(dòng)量可同時(shí)有確定的值，如果h不能忽略，這時(shí)必須考慮微粒的波粒二象性。h成為劃分經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)的一個(gè)界線。在微觀領(lǐng)域，要準(zhǔn)確地確定粒子的位置，動(dòng)量的不確定量更大；反之，要準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量，位置的不確定量就更大，如狹縫變成寬縫時(shí)，粒子的動(dòng)量可精密測(cè)定，但粒子通過(guò)縫的位置不確定量增大；反之，縫很窄時(shí)，粒子的位置測(cè)定精確了，但衍射范圍增大了，動(dòng)量的測(cè)

6、量更不準(zhǔn)確了。2關(guān)于不確定性關(guān)系xp有以下幾種理解，其中正確的是()A微觀粒子的動(dòng)量不可能確定B微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定C微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定D不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于其他宏觀粒子解析：選CD不確定性關(guān)系xp表示確定位置、動(dòng)量的精度互相制約，此長(zhǎng)彼消，當(dāng)粒子位置不確定性變小時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變大；粒子位置不確定性變大時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變小。故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)。不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過(guò)這些不確定量微乎其微。(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼P60)對(duì)物質(zhì)波的理解例1關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是()A任何運(yùn)動(dòng)的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波

7、，這種波叫物質(zhì)波BX射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D宏觀物體盡管可以看作為物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等觀象解析據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之相對(duì)應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，可見(jiàn)，A選項(xiàng)是正確的；由于X射線本身就是一種波，而不是實(shí)物粒子，故X射線的衍射現(xiàn)象，并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性，即B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電子是一種實(shí)物粒子，電子的衍射現(xiàn)象表明運(yùn)動(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，故C選項(xiàng)是正確的；由電子穿過(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知，少量電子穿過(guò)鋁箔后所落的位置是散亂的、無(wú)規(guī)律的，但大量電子穿過(guò)鋁箔后落的位置則

8、呈現(xiàn)出衍射圖樣，即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動(dòng)性，干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會(huì)發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。綜合以上分析知，本題應(yīng)選B、D。答案BD(1)物質(zhì)波理論上是說(shuō)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體(如實(shí)物粒子等)都具有波動(dòng)性，即其行為服從波動(dòng)規(guī)律。(2)求物質(zhì)波的波長(zhǎng)時(shí)，關(guān)鍵是抓住物質(zhì)波波長(zhǎng)公式和能量守恒定律。不確定關(guān)系的應(yīng)用例2已知5.31035 Js。試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量。(1)一個(gè)球的質(zhì)量m1.0 kg，測(cè)定其位置的不確定量為106 m。(2)電子的質(zhì)量me9.11031 kg，測(cè)定其位置的不確定量為1010 m(即原子的數(shù)量級(jí))。解析(1)m1.0 kg，x106

9、 m，由xp，pmv知v1 m/s5.31029 m/s。(2)me9.11031 kg，x1010 mv2 m/s5.8105 m/s。答案(1)5.31029 m/s(2)5.8105 m/s(1)此類題目由不確定性關(guān)系xp求出動(dòng)量的不確定關(guān)系，再由pmv計(jì)算出速度測(cè)量的不確定性關(guān)系。(2)普朗克常量是一個(gè)很小的量，對(duì)宏觀物體來(lái)說(shuō)，這種不確定關(guān)系可以忽略不計(jì)，故宏觀物體的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)確定的。(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)頁(yè)碼P60)1根據(jù)德布羅意波的概念，下列說(shuō)法正確的是()A質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)小B速度大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)小C動(dòng)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)小D動(dòng)能小的物體，其德布羅意波

10、長(zhǎng)小解析：選C根據(jù)可知，動(dòng)量大的物體波長(zhǎng)小，選項(xiàng)C是正確的，質(zhì)量大或速度大或動(dòng)能小，都不能確定其動(dòng)量大小，所以其他三個(gè)選項(xiàng)錯(cuò)誤。故正確答案為C。2下列說(shuō)法不正確的是()A在微觀物理學(xué)中可以用“軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)B實(shí)物粒子與光子一樣都具有波粒二象性C在光的衍射實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)明條紋的地方光子到達(dá)的概率較大D粒子的動(dòng)量越小，其波動(dòng)性越易觀察解析：選A實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，是概率波，故A錯(cuò)誤，B正確。光是概率波，在明條紋處光子出現(xiàn)的概率大，故C正確。物質(zhì)波的波長(zhǎng)，故粒子動(dòng)量越小，波長(zhǎng)越大，波動(dòng)性越明顯，故D正確。3下列說(shuō)法正確的是()A物質(zhì)波屬于機(jī)械波B只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)

11、性C德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都具有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波D宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性解析：選C物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波不同；宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來(lái)，故只有選項(xiàng)C正確。4由不確定性關(guān)系可以得出的結(jié)論是()A如果動(dòng)量的不確定范圍越小，則與它對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的不確定范圍就越大B如果位置坐標(biāo)的不確定范圍越小，則動(dòng)量的不確定范圍就越大C動(dòng)量和位置坐標(biāo)的不確定范圍之間的關(guān)系不是反比例函數(shù)D動(dòng)量和位置坐標(biāo)的不確定范圍之間有唯一確定的關(guān)系解析：選C由不確定關(guān)系的定義進(jìn)行分析得，C正確；其他三個(gè)選項(xiàng)

12、只說(shuō)明了其中的某個(gè)方面，而沒(méi)有對(duì)不確定關(guān)系作進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。5根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說(shuō)法中正確的是()A微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒(méi)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)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯解析：選BD由物質(zhì)波理論可知，一切物質(zhì)都有波動(dòng)性，故A錯(cuò)B對(duì)。由可知C錯(cuò)，D對(duì)。6質(zhì)量為m的粒子原來(lái)的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大到2v，則該粒子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)將(粒子的質(zhì)量保持不變)()A變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的一半B保持不變C變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的 D變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的兩倍解析：選A由物質(zhì)波波長(zhǎng)公式可知選項(xiàng)A對(duì)。7在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶

13、體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近，已知中子質(zhì)量m1.671027 kg，普朗克常量h6.631034 Js，可以估算出德布羅意波長(zhǎng)1.821010 m的熱中子的動(dòng)量的數(shù)量級(jí)可能是()A1017 kgm/s B1018 kgm/sC1020 kgm/s D1024 kgm/s解析：選D本題考查德布羅意波。根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式得：p kgm/s3.61024 kgm/s可見(jiàn)，熱中子的動(dòng)量的數(shù)量級(jí)是1024 kgm/s。8下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1 MHz的無(wú)線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量/kg速度/ms1波長(zhǎng)/m彈子球2.01021.01

14、023.31030電子(100 eV)9.110315.01061.21010無(wú)線電波(1 MHz)3.01083.0102A要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能B無(wú)線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性C電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性D只有可見(jiàn)光才有波動(dòng)性解析：選ABC彈子球的波長(zhǎng)很小，所以要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能，故選項(xiàng)A正確。無(wú)線電波的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，波動(dòng)性明顯，所以選項(xiàng)B正確。電子的波長(zhǎng)與金屬晶格的尺寸相差不大，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，所以選項(xiàng)C正確。一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9電子的質(zhì)量m9.11031 kg，電子所帶電荷量e1.61019 C。求電子在經(jīng)150 V電壓

15、加速后得到的電子射線的波長(zhǎng)。解析：設(shè)電子在加速電場(chǎng)中被加速后獲得速度v，由能量守恒得eUmv2，v 。電子的動(dòng)量pmv。所以電子射線的物質(zhì)波波長(zhǎng)為 m1.01010 m。答案：1.01010 m10一電子具有200 ms1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9.11031 kg)解析：由不確定性關(guān)系xp得：電子位置不確定范圍x m2.90103 m。答案：x2.90103 m11一顆質(zhì)量為5.0 kg的炮彈：(1)以200 m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大；(2)假設(shè)它以光速運(yùn)動(dòng)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大；(3)若要使它的德布羅意波長(zhǎng)

16、與波長(zhǎng)是400 nm的紫光波長(zhǎng)相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？解析：(1)炮彈的德布羅意波長(zhǎng)：1 m6.631037 m。(2)它以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)：2 m4.421043 m。(3)由得：v m/s3.31028 m/s。答案：(1)6.631037 m(2)4.421043 m(3)3.31028 m/s專題一光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)有關(guān)光電效應(yīng)的問(wèn)題主要有兩個(gè)方面：一是關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷，另一個(gè)就是運(yùn)用光電效應(yīng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。解題的關(guān)鍵在于掌握光電效應(yīng)規(guī)律，明確各概念之間的決定關(guān)系。(2)光電效應(yīng)的規(guī)律：飽和光電流Im的大小與入射光的強(qiáng)度成正比，也就是單位時(shí)間內(nèi)

17、逸出的光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比。光電子的最大初動(dòng)能(或遏止電壓)與入射光線的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，而只與入射光的頻率有關(guān)，頻率越高，光電子的初動(dòng)能就越大。頻率低于極限頻率的入射光，無(wú)論光的強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都不能使光電子逸出。光的照射和光電子的逸出幾乎是同時(shí)的，在測(cè)量的精度范圍內(nèi)(109 s)觀察不出。(3)光電效應(yīng)方程：根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能Ekm跟入射光子的能量h和逸出功W的關(guān)系為hEkmW。例1關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A動(dòng)能最大的光電子的電流與入射光的頻率成正比B光電子的動(dòng)能越大，光電子形成的電流強(qiáng)度就越大C光子本身所具有的能量取決于光子本身的頻率D用紫光照射某金

18、屬發(fā)生光電效應(yīng)，用綠光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng)解析光電子形成的光電流取決于單位時(shí)間從金屬表面逸出的光電子數(shù)目，與單位時(shí)間入射光的光子數(shù)目成正比，而與光電子的動(dòng)能無(wú)關(guān)，動(dòng)能最大的光電子的動(dòng)能可根據(jù)光電效應(yīng)方程確定。至于能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，要通過(guò)比較入射光的頻率和極限頻率來(lái)確定，其正確選項(xiàng)為C。答案C例2分別用波長(zhǎng)為和的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為12，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為()A.B.C. D.解析設(shè)此金屬板的逸出功為W，根據(jù)光電效應(yīng)方程得如下兩式：當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射時(shí)：Ek1W，當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射時(shí)：Ek2W，又，聯(lián)立解得：W。答

19、案B專題二光的波粒二象性(1)光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性，光具有波粒二象性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動(dòng)性，少數(shù)光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，且隨著光的頻率的增大，波動(dòng)性越來(lái)越不明顯，而粒子性卻越來(lái)越顯著。(2)光是一種概率波，光的波粒二象性既不能理解為宏觀概念中的波，也不能理解為宏觀概念中的粒子。光的波動(dòng)性表現(xiàn)在光子到達(dá)空間某處的概率受波動(dòng)規(guī)律支配。實(shí)際上，在光的干涉條紋中，光強(qiáng)大的地方，光子到達(dá)的機(jī)會(huì)多，或者說(shuō)光子出現(xiàn)的概率大；光強(qiáng)小的地方，光子到達(dá)的概率小。例3對(duì)于光的波粒二象性的說(shuō)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光子與電子是同樣一種粒子，光波與機(jī)械波同樣

20、是一種波C光的波動(dòng)性是由于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，在光子能量公式Eh中，仍表現(xiàn)出波的特性解析光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)，但大量光子通過(guò)雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動(dòng)性，粒子性和波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)。答案D專題三物質(zhì)波概率波一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波粒二象性，物質(zhì)波的波長(zhǎng)，物質(zhì)波既不是機(jī)械波，也不是電磁波，而是概率波。粒子的波動(dòng)性表現(xiàn)在粒子到達(dá)的位置遵循波動(dòng)規(guī)律，即運(yùn)動(dòng)粒子所到達(dá)的位置是不確定的，只有幾率的大小

21、。微觀粒子的波粒二象性與不確定關(guān)系在本質(zhì)上是一致的。它們都導(dǎo)致了一個(gè)共同的結(jié)果：微觀粒子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，不能像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣通過(guò)確定的軌跡來(lái)描述，而是只能通過(guò)概率波作統(tǒng)計(jì)性的描述。注意概率波的實(shí)質(zhì)是指粒子在空間分布的概率受波動(dòng)規(guī)律支配。例4某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是5.0107 m/s；質(zhì)量為10 g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是5.0102 m/s，分別計(jì)算它們的德布羅意波長(zhǎng)。解析根據(jù)公式計(jì)算，電子質(zhì)量m0.11031 kg，速度v5.0107 m/s，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為1.4102 nm。飛行的子彈，質(zhì)量為m102 kg，速度v5.0102 m/s對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為1.31025 nm。此

22、波長(zhǎng)太小無(wú)法測(cè)量。答案1.4102 nm1.31025 nm(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，共50分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得5分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)或不答的得0分)1普朗克能量子假說(shuō)是為解釋()A光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的B康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的C光的波粒二象性提出的D黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的解析：選D普朗克能量子假說(shuō)完滿解決了經(jīng)典物理在黑體輻射問(wèn)題上遇到的困難，并且為愛(ài)因斯坦光子理論、玻爾原子理論奠定了基礎(chǔ)。2光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬()A無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能

23、產(chǎn)生光電效應(yīng)B無(wú)論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C超過(guò)極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D超過(guò)極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大解析：選AD本題考查愛(ài)因斯坦光子說(shuō)的知識(shí)。根據(jù)Ehh可得，A、D正確。3(江蘇高考)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A波長(zhǎng) B頻率C能量 D動(dòng)量解析：選A金屬的逸出功Wh0，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW可知，從金屬鉀表面飛出的光電子的最大初動(dòng)能較

24、金屬鈣的大，金屬鈣表面飛出的光電子能量E小，因，所以從鈣表面逸出的光電子具有較大的波長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確。4在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m1.671027 kg，普朗克常量h6.631034 Js，可以估算德布羅意波長(zhǎng)1.821010 m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為()A1017 J B1019 JC1021 J D1024 J解析：選C根據(jù)德布羅意波理論，中子動(dòng)量p，中子動(dòng)能Ek，代入數(shù)據(jù)可以估算出數(shù)量級(jí)為1021，即選項(xiàng)C正確。5用來(lái)衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)知30

25、0萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為()A光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的C大量光子表現(xiàn)光具有粒子性D光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性解析：選D由題意知像素越高形成照片的光子數(shù)越多，表現(xiàn)的波動(dòng)性越強(qiáng)，照片越清晰，D項(xiàng)正確。6利用金屬晶格(大小約1010 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)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，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下述說(shuō)法中正確的是()A該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電子具

26、有波動(dòng)性B實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為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)象將更加明顯解析：選AB衍射現(xiàn)象是波所特有的現(xiàn)象，A對(duì)；根據(jù)判斷B對(duì)；發(fā)生明顯衍射的條件取決于入射波的波長(zhǎng)與障礙物的大小比較差不多或比它大，但將加速電壓U越大將導(dǎo)致電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)更小，所以衍射現(xiàn)象越不明顯，D項(xiàng)也是同樣的道理，所以C、D錯(cuò)誤。72006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射的黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是

27、()A微波是指波長(zhǎng)在103 m到10 m之間的電磁波B微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)解析：選ACD微波的波長(zhǎng)范圍是1 mm到10 m，A正確。微波能在真空中傳播，B不正確。黑體熱輻射實(shí)際上是電磁輻射，C正確。普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題時(shí)提出了能量子假說(shuō)，D正確。8如圖1所示為氫原子的能級(jí)示意圖，一群氫原子處于n3的激發(fā)態(tài)，原子在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外發(fā)出光子。若用這些光照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉，則下列說(shuō)法正確的是()圖1A這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光，其中從n3躍遷到n2所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短B這群

28、氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光，其中從n3躍遷到n1激發(fā)的光頻率最高C金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為11.09 eVD金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為9.60 eV解析：選D一群處于n3激發(fā)態(tài)的氫原子，可發(fā)出N3種不同頻率的光子，其中從n3躍遷到n2所發(fā)出的光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，A、B錯(cuò)誤；金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的初動(dòng)能最大值為EkhW0(E3E1)W09.60 eV，D正確，C錯(cuò)誤。9某光波射到一逸出功為W的光電材料表面，所產(chǎn)生的光電子在垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，則該光波的頻率為(設(shè)電子的質(zhì)量為m，帶電荷量為e，普朗克常量為h)()A. C.C. D.

29、解析：選C由光電效應(yīng)方程：hWmv2由向心力公式：evBm由兩式可得：10現(xiàn)用電子顯微鏡觀測(cè)線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)。為滿足測(cè)量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長(zhǎng)設(shè)定為，其中n1.已知普朗克常量為h、電子質(zhì)量為m和電子電荷量為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.B()C. D.解析：選D由德布羅意波長(zhǎng)知，p是電子的動(dòng)量，則pmv，而，代入得U。二、填空題(本題共3小題，共20分。把答案填在題中橫線上，或按題目要求作答)11(6分)用頻率未知的紫外線照射某光電管的陰極時(shí)，有光電子飛出?，F(xiàn)給你一個(gè)電壓可調(diào)且可指示電壓數(shù)值的直流電源和一個(gè)靈敏度很高的靈敏電流計(jì)，試在

30、圖2所示的方框中設(shè)計(jì)一種電路(光電管已畫(huà)出)，要求用該電路測(cè)量用所給紫外線照射光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能，按照你設(shè)計(jì)的電路，需要記錄的數(shù)據(jù)是_。你所測(cè)量的光電子的最大初動(dòng)能是_(已知光電子電荷量為e)。圖2解析：測(cè)量電路如圖所示。調(diào)節(jié)電源電壓使靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，記下此時(shí)電源電壓的值U；光電子最大初動(dòng)能為eU。光電管的陰極接電源正極，陰極和陽(yáng)極間的電場(chǎng)阻礙光電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零時(shí)，由動(dòng)能定理得eUmv。答案：電壓值UUe12(7分)使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的光的最大波長(zhǎng)是5 000 。因此，金屬鈉的逸出功W_ J?，F(xiàn)在用頻率在3.901014 Hz到7.50

31、1014 Hz范圍內(nèi)的光照射鈉，那么，使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的頻率范圍是從_Hz到_ Hz(普朗克常量h6.631034 Js)。解析：設(shè)該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最大波長(zhǎng)用0表示，則該金屬的逸出功為Wh J1019 J3.9781019 J而0 Hz6.01014 Hz只要入射光的頻率大于0，都能發(fā)生光電效應(yīng)，所以所求的頻率范圍為6.01014 Hz7.51014 Hz。答案：3.97810196.010147.5101413(7分)根據(jù)光子說(shuō)光子的能量h和物體能量Emc2，頻率51014 Hz的光子具有的動(dòng)量大小是_，一電子的動(dòng)量與該光子的動(dòng)量相同，該電子的運(yùn)動(dòng)速度大小是_，該電子的物質(zhì)波長(zhǎng)e

32、大小是_。解析：對(duì)光子，能量Ehmc2，動(dòng)量pmc，故得pmc kgm/s1.11027 kgm/s。設(shè)電子質(zhì)量為me，速度為ve，動(dòng)量為pe，則pemeve，依題意pep。以上三式聯(lián)立得到電子的速度大小為ve m/s1.2103 m/s。設(shè)電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)為e，則e m6.0107 m。答案：1.11027 kgm/s1.2103 m/s60107 m三、計(jì)算題(本題共3小題，共30分。解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)14(8分)在倫琴射線管兩極間加6.63104 V的電壓，設(shè)從陰極發(fā)出的電子的初速度為零，加速到達(dá)陽(yáng)極時(shí)具有的動(dòng)能的10%變?yōu)閭惽偕渚€的光子能量，試

33、計(jì)算倫琴射線的波長(zhǎng)。(e1.61019 C，h6.631034 Js)解析：電子加速獲得動(dòng)能EkqU1.610196.63104 J光子能量EEk10%又Eh m1.881010 m。答案：1.881010 m15(10分)已知銫的逸出功為1.9 eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.3107 m的入射光照射金屬銫。求：(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？(2)若能產(chǎn)生光電效應(yīng)，求光電子的德布羅意波波長(zhǎng)最短為多少？(電子的質(zhì)量為m0.911030 kg)解析：(1)入射光子的能量Ehh6.631034 J4.621019 J2.9 eV。由E2.9 eVW，所以能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能E

34、kmvhW1.61019 J。而光電子的最大動(dòng)量pmvm。光電子的德布羅意波長(zhǎng)的最短值 m1.2109 m。答案：(1)能(2)1.2109 m16(12分)我們能感知光現(xiàn)象，是因?yàn)槲覀兘邮盏搅艘欢芰康墓狻?1)一個(gè)頻率是106 Hz的無(wú)線電波的光子的能量是多大？(2)一個(gè)頻率為61014 Hz的綠色光子和11018 Hz的光子的能量各是多大？(3)請(qǐng)結(jié)合以上光子能量的大小，從概率波的角度說(shuō)明：為什么低頻電磁波的波動(dòng)性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著。解析：(1)由公式h得：1h16.631034106 J6.631028 J(2)2h26.63103461014 J3.9781019 J3h36.63103411018 J6.631016 J(3)低頻電磁波的光子能量小、波長(zhǎng)長(zhǎng)，容易觀察到干涉和衍射現(xiàn)象，波動(dòng)性顯著，在衍射的亮紋處表示到達(dá)的光子數(shù)多、概率大，而在暗紋處表示到達(dá)的光子數(shù)少，概率小。相比之下，高頻電磁波光子能量大、波長(zhǎng)極短，很難找到其發(fā)生明顯衍射的狹縫或障礙物，因而波動(dòng)性不容易觀察到，粒子性顯著。答案：(1)6.631028 J(2)3.9781019 J6631016 J(3)見(jiàn)解析17