2022-2023學年高中物理 課時提升作業(yè)十六 第四章 波粒二象性 4.4 實物粒子的波粒二象性 4.5 不確定關系 教科版選修3-5一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分)1.(多選)對于物質波的理解,以下說法正確的是()A.任何運動的物體(質點)都伴隨一種波,這種波叫物質波B.我們平時見到的機械波比如湖面上形成的水波就是物質波C.通常情況下,電子比質子的波長長D.核外電子繞核運動時,并沒有確定的軌道【解析】選A、C、D。根據德布羅意物質波理論可知,任何一個運動的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波與之相對應,這種波就叫物質波,A選項正確。機械波不是物質波,湖面上形成的水波是機械波,不是物質波,B錯。電子的動量比質子的動量往往要小一些,由波長公式知,電子的德布羅意波長要長,C正確。由于電子的波動性,核外電子繞核運動不可能有確定的軌道,D正確。2.由不確定關系可以得出的結論是()A.如果動量的不確定范圍越小,則與之對應的坐標的不確定范圍就越大B.如果坐標的不確定范圍越小,則動量的不確定范圍就越大C.動量的不確定范圍和與之對應的坐標的不確定范圍不成反比關系D.動量的不確定范圍和與之對應的坐標的不確定范圍有惟一確定的關系【解析】選C。根據不確定關系xpx,可知動量的不確定范圍和與之對應的坐標的不確定范圍不是成反比關系。3.(多選)關于電子的運動,下列說法正確的是()A.對于一個運動的電子,同時測量其位置和動量,如果位置測量結果越精確,則動量測量結果也就越準確B.經典的理論所認為的電子的軌道其實是電子出現(xiàn)概率最大的地方組成的圖形C.電子在能量不確定范圍小的能級停留時間長D.“電子云”描述了電子在核周圍出現(xiàn)的概率密度【解析】選B、C、D。由不確定關系xp,不能同時確定電子的位置和動量,如果位置測量結果越精確,則動量測量誤差就越大,A錯。經典的理論所認為的電子的軌道并不實際存在,電子的位置在原子內沒有確定位置,用點的疏密表示電子出現(xiàn)的概率分布,稱為“電子云”.“電子云”描述電子在原子核周圍出現(xiàn)的概率密度,B、D正確。由能量和時間的不確定關系,電子在能量不確定范圍小的能級停留時間長,C正確。4.(多選)下列物理實驗中,能說明粒子具有波動性的是()A.通過研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系,證明了愛因斯坦方程的正確性B.通過測試多種物質對X射線的散射,發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長變大的成分C.通過電子雙縫實驗,發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象D.利用晶體做電子的衍射實驗,證實了電子的波動性【解析】選C、D。干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象。由于X射線本身就是一種波,而不是實物粒子,故X射線有波長變大的成分,并不能證實物質波理論的正確性,即A、B并不能說明粒子的波動性,證明粒子的波動性只能是C、D.故選項C、D正確。5.(多選)光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象,用位置和動量的不確定關系的觀點加以解釋,正確的是()A.單縫寬,光是沿直線傳播,這是因為單縫寬,位置不確定量x大,動量不確定量px小,可以忽略B.當能發(fā)生衍射現(xiàn)象時,動量不確定量px就不能忽略C.單縫越窄,中央亮紋越寬,是因為位置不確定量越小,動量不確定量越大的緣故D.以上解釋都不對【解析】選A、B、C。光在傳播過程中的位置和動量的不確定關系為xpx。發(fā)生衍射時x>0,所以px不能忽略,故B對;縫越寬,px越小,縫越窄,px越大,所以A、C正確。故選A、B、C。6.電子顯微鏡的分辨率高達0.2nm(波長越短,分辨率越高),如果有人制造出質子顯微鏡,在加速到相同的速度情況下,質子顯微鏡的最高分辨率將()A.小于0.2nmB.大于0.2nmC.等于0.2nmD.以上說法均不正確【解析】選A。質子比電子質量大得多,加速到相同的速度的情況下,質子的動量(p=mv)大,由物質波波長公式=知,質子對應的物質波波長短,所以對應的顯微鏡分辨率高,最高分辨率將小于0.2nm,A正確。二、非選擇題(本大題共2小題,共20分)7.(10分)現(xiàn)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長設定為,其中n>1。已知普朗克常數h、電子質量m和電子電荷量e,電子的初速度不計,則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為多少?【解析】由德布羅意波公式=得p=而Ek=eU解得U=答案:【總結提升】有關德布羅意波計算的一般方法(1)首先計算物體的速度,再計算其動量。如果知道物體動能也可以直接用p=計算其動量。(2)再根據=計算德布羅意波長。(3)需要注意的是:德布羅意波長一般都很短,比一般的光波波長還要短,可以根據結果的數量級大致判斷結果是否合理。(4)宏觀物體的波長小到可以忽略,其波動性很不明顯。8.(10分)已知=5.3×10-35J·s。試求下列情況中速度測定的不確定量,并根據計算結果,討論在宏觀和微觀世界中進行測量的不同情況。(1)一個球的質量m=1.0kg,測定其位置的不確定量為10-6m。(2)電子的質量me=9.0×10-31kg,測定其位置的不確定量為10-10m(即為原子的數量級)?！窘忸}指南】解答本題時應把握以下兩點:(1)由不確定關系xpx,求出動量的不確定關系。(2)由px=mvx計算出速度測量的不確定關系。【解析】由xpx得:(1)球的速度測定的不確定量vx=5.3×10-29m/s(2)電子的速度測定的不確定量vx=5.9×105m/s。球的速度不確定量在宏觀世界中微不足道,可認為球的速度是確定的,其運動遵從經典力學理論。電子的速度不確定量不可忽略,不能認為原子中的電子具有確定的速度,其運動不能用經典物理學理論處理.答案:見解析