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2019-2020年高中物理 第17章 第3節(jié) 粒子的波動(dòng)性練習(xí) 新人教版選修3-5 1．光的波粒二象性． (1)光的波粒二象性：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性． (2)光子的能量ε＝hν，動(dòng)量p＝．能量ε和動(dòng)量p是描述光的粒子性的物理量，頻率ν和波長(zhǎng)λ是描述光的波動(dòng)性的物理量．光的波粒二象性是通過(guò)普朗克常量h聯(lián)系在一起的． (3)能表明光具有波動(dòng)性的現(xiàn)象有干涉、衍射等；能表明光具有粒子性的事實(shí)有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等． 2．粒子的波動(dòng)性． 法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出，實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，且粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率ν和波長(zhǎng)λ之間，也像光子跟光波一樣，滿(mǎn)足ν＝，λ＝關(guān)系．這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波，也叫作物質(zhì)波． 3．物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證． 1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了電子衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性． 1．關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法中不正確的是(C) A．波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性 B．光的頻率越高，粒子性越明顯 C．能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著 D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯 解析：波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，或者說(shuō)在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯．A、D說(shuō)法正確；光的頻率越高，能量越高，粒子性相對(duì)波動(dòng)性越明顯，B說(shuō)法正確，C說(shuō)法錯(cuò)誤． 2．(多選)下列說(shuō)法中正確的是(CD) A．光的波粒二象性學(xué)說(shuō)就是牛頓的微粒說(shuō)加上惠更斯的波動(dòng)說(shuō)組成的 B．光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 C．光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō)，在光子的能量ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性 D．光波不同于宏觀觀念中那種連續(xù)的波，它是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波 解析：光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小，可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)中宏觀意義下的機(jī)械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個(gè)光子，不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒．光子說(shuō)與電磁說(shuō)不矛盾，它們是不同領(lǐng)域的不同表述． 3．關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法中正確的是(C) A．關(guān)于光的本性，牛頓提出微粒說(shuō)，惠更斯提出波動(dòng)說(shuō)，愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)，它們都說(shuō)明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子 C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性 D．光的波粒二象性是將牛頓的波動(dòng)說(shuō)和惠更斯的粒子說(shuō)真正有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)的 解析：光具有波粒二象性，這是現(xiàn)代物理學(xué)關(guān)于光的本性的認(rèn)識(shí)，光的波粒二象性是愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)和麥克斯韋的電磁說(shuō)的統(tǒng)一．光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，故A、B、D錯(cuò)誤，C對(duì)． 4．在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實(shí)驗(yàn)是(B) A．弱光衍射實(shí)驗(yàn) B．電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn) C．弱光干涉實(shí)驗(yàn) D．以上都不正確 解析：由課本知識(shí)知，最早證明德布羅意波假說(shuō)的是電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)． 5．(xx江蘇卷)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73 Hz和5.44 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) A．波長(zhǎng)　　　　　　　　B．頻率 C．能量 D．動(dòng)量 解析：兩種金屬的截止頻率不同，則它們的逸出功也不同，由W＝hν0可知截止頻率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W0可知，用同樣的單色光照射，鈣逸出的光電子的最大初動(dòng)能較小，由p＝知，其動(dòng)量也較小，根據(jù)物質(zhì)波p＝知，其波長(zhǎng)較長(zhǎng)． 6．一顆質(zhì)量為10 g的子彈，以200 m/s的速度運(yùn)動(dòng)著，則由德布羅意理論計(jì)算，要使這顆子彈發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，那么障礙物的尺寸為(C) 解析：λ＝＝＝ m≈3.32 m，故能發(fā)生明顯衍射的障礙物尺寸應(yīng)為選項(xiàng)C. 7．人類(lèi)對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)的過(guò)程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，如下所示的四個(gè)示意圖表示的實(shí)驗(yàn)不能說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是(C) 解析：A、B、D圖分別是單縫衍射實(shí)驗(yàn)、雙孔干涉實(shí)驗(yàn)和薄膜干涉的實(shí)驗(yàn)，干涉和衍射都是波的特有性質(zhì)，因此單縫衍射實(shí)驗(yàn)、雙孔干涉實(shí)驗(yàn)和薄膜干涉的實(shí)驗(yàn)都說(shuō)明光具有波動(dòng)性，故A、B、D錯(cuò)誤．C圖此實(shí)驗(yàn)是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了光的粒子性，不能說(shuō)明光的波動(dòng)性．故C正確． 8．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1.6710－27 kg，可以估算德布羅意波長(zhǎng)λ＝1.8210－10 m的熱中子的動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為(C) 解析：德布羅意波理論中子動(dòng)量p＝，中子動(dòng)能，代入數(shù)據(jù)可估算出數(shù)量級(jí) J. 9．質(zhì)量為m的粒子原來(lái)的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大為2v，則描寫(xiě)該粒子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)將(粒子的質(zhì)量保持不變)(C) A．保持不變 B．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的兩倍 C．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的一半 D．變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的倍 解析：由題知，粒子速度為v時(shí)，λ1＝；粒子速度為2v時(shí)，λ2＝λ1，可知C正確，A、B、D錯(cuò)． 10．(多選)在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，在光屏上放上照相底片，并設(shè)法控制光的強(qiáng)度，盡可能使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，假設(shè)光子出現(xiàn)在中央亮紋的概率為90%，下列說(shuō)法正確的是(BC) A．第一個(gè)光子一定出現(xiàn)在中央亮紋上 B．第一個(gè)光子可能不出現(xiàn)在中央亮紋上 C．如果前9個(gè)光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，則第10個(gè)光子還有可能出現(xiàn)在中央亮紋上 D．如果前9個(gè)光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，則第10個(gè)光子一定不能出現(xiàn)在中央亮紋上 解析：對(duì)每個(gè)光子而言，出現(xiàn)在中央亮紋的概率均為90%，所以第一個(gè)光子有可能出現(xiàn)在中央亮紋上，也有可能不出現(xiàn)在中央亮紋上．如果前9個(gè)光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，第10個(gè)光子出現(xiàn)在中央亮紋的概率為90%，所以第10個(gè)光子可能會(huì)出現(xiàn)在中央亮紋上，因此B、C正確，A、D錯(cuò)．正確選項(xiàng)是B、C. 11．如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？(中子的質(zhì)量為1.6710－27 kg) 解析：中子的動(dòng)量為p1＝m1v；子彈的動(dòng)量為p2＝m2v， 據(jù)λ＝知中子和子彈的德布羅意波長(zhǎng)分別為： λ1＝，λ2＝； 聯(lián)立以上各式解得：λ1＝，λ2＝. 將m1＝1.67 kg，v＝1 m/s，h＝6.63Js，m2＝1.0 kg 代入上面兩式可解得： λ1＝3.97 m；λ2＝6.63 m 答案：4.0 m　6.63m 12．1924年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng).1927年，兩位美國(guó)物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中得到了電子束通過(guò)鋁箔時(shí)的衍射圖像，如圖所示．試分析電子束通過(guò)鋁箔后的運(yùn)動(dòng)特征． 解析：電子束通過(guò)鋁箔后，電子沒(méi)有確定的位置和軌跡，其在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，題圖較亮的地方，電子到達(dá)的概率大，較暗的地方，電子到達(dá)的概率小． 答案：見(jiàn)解析