課時提升作業(yè) 十六 實(shí)物粒子的波粒二象性 不確定關(guān)系(30分鐘50分)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(zhì)波的理解,以下說法正確的是()A.任何運(yùn)動的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波,這種波叫物質(zhì)波B.我們平時見到的機(jī)械波比如湖面上形成的水波就是物質(zhì)波C.通常情況下,電子比質(zhì)子的波長長D.核外電子繞核運(yùn)動時,并沒有確定的軌道【解析】選A、C、D。根據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論可知,任何一個運(yùn)動的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與之相對應(yīng),這種波就叫物質(zhì)波,A選項(xiàng)正確。機(jī)械波不是物質(zhì)波,湖面上形成的水波是機(jī)械波,不是物質(zhì)波,B錯。電子的動量比質(zhì)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(yùn)動不可能有確定的軌道,D正確。2.由不確定關(guān)系可以得出的結(jié)論是()A.如果動量的不確定范圍越小,則與之對應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍就越大B.如果坐標(biāo)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(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍不成反比關(guān)系D.動量的不確定范圍和與之對應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍有惟一確定的關(guān)系【解析】選C。根據(jù)不確定關(guān)系xpx,可知動量的不確定范圍和與之對應(yīng)的坐標(biāo)的不確定范圍不是成反比關(guān)系。3.(多選)關(guān)于電子的運(yùn)動,下列說法正確的是()A.對于一個運(yùn)動的電子,同時測量其位置和動量,如果位置測量結(jié)果越精確,則動量測量結(jié)果也就越準(zhǔn)確B.經(jīng)典的理論所認(rèn)為的電子的軌道其實(shí)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(guān)系xp,不能同時確定電子的位置和動量,如果位置測量結(jié)果越精確,則動量測量誤差就越大,A錯。經(jīng)典的理論所認(rèn)為的電子的軌道并不實(shí)際存在,電子的位置在原子內(nèi)沒有確定位置,用點(diǎn)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(guān)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(shí)驗(yàn)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(guān)系,證明了愛因斯坦方程的正確性B.通過測試多種物質(zhì)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(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象D.利用晶體做電子的衍射實(shí)驗(yàn),證實(shí)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(shí)物粒子,故X射線有波長變大的成分,并不能證實(shí)物質(zhì)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(xiàng)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(guān)系的觀點(diǎn)加以解釋,正確的是()A.單縫寬,光是沿直線傳播,這是因?yàn)閱慰p寬,位置不確定量x大,動量不確定量px小,可以忽略B.當(dāng)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?yàn)槲恢貌淮_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(guān)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(dá)0.2nm(波長越短,分辨率越高),如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡,在加速到相同的速度情況下,質(zhì)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(zhì)子比電子質(zhì)量大得多,加速到相同的速度的情況下,質(zhì)子的動量(p=mv)大,由物質(zhì)波波長公式=知,質(zhì)子對應(yīng)的物質(zhì)波波長短,所以對應(yīng)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(jié)構(gòu)。為滿足測量要求,將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設(shè)定為,其中n>1。已知普朗克常數(shù)h、電子質(zhì)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(yīng)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(jié)提升】有關(guān)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(jù)=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(jù)結(jié)果的數(shù)量級大致判斷結(jié)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=5.310-35Js。試求下列情況中速度測定的不確定量,并根據(jù)計算結(jié)果,討論在宏觀和微觀世界中進(jìn)行測量的不同情況。(1)一個球的質(zhì)量m=1.0kg,測定其位置的不確定量為10-6m。(2)電子的質(zhì)量me=9.010-31kg,測定其位置的不確定量為10-10m(即為原子的數(shù)量級)?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)把握以下兩點(diǎn):(1)由不確定關(guān)系xpx,求出動量的不確定關(guān)系。(2)由px=mvx計算出速度測量的不確定關(guān)系?！窘馕觥坑蓌px得:(1)球的速度測定的不確定量vx=5.310-29m/s(2)電子的速度測定的不確定量vx=5.9105m/s。球的速度不確定量在宏觀世界中微不足道,可認(rèn)為球的速度是確定的,其運(yùn)動遵從經(jīng)典力學(xué)理論。電子的速度不確定量不可忽略,不能認(rèn)為原子中的電子具有確定的速度,其運(yùn)動不能用經(jīng)典物理學(xué)理論處理.答案:見解析