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2019-2020年高中物理 第17章 第3節(jié) 粒子的波動(dòng)性同步練習(xí) 新人教版選修3-5 一、選擇題(1～3題為單選題，4～6題為多選題) 1．能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　　) A．光的干涉、衍射現(xiàn)象和光電效應(yīng) B．光的反射與小孔成像 C．光的折射與偏振現(xiàn)象 D．光的干涉、衍射與光的色散 答案：A 解析：小孔成像說明光沿直線傳播，選項(xiàng)C、D說明光的波動(dòng)性，故選項(xiàng)A正確。 2．下列說法中正確的是(　　) 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)性 C．德布羅意認(rèn)為，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，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(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 答案：C 解析：物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已，故只有C對(duì)。 3．有關(guān)光的本性，下列說法中正確的是(　　) A．光具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是相互矛盾和對(duì)立的 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：光在不同條件下表現(xiàn)出不同的行為，其波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，A錯(cuò)、D對(duì)；光的波動(dòng)性不同于機(jī)械波，其粒子性也不同于質(zhì)點(diǎn)，B錯(cuò)；大量光子往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子往往表現(xiàn)出粒子性，C錯(cuò)。 4．以下說法正確的是(　　) A．任何運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性 B．抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波 C．通常情況下，質(zhì)子比電子的波長(zhǎng)長(zhǎng) D．核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，并沒有確定的軌道 答案：AD 解析：任何運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，故A對(duì)，對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性難以觀測(cè)，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)。 電子的動(dòng)量往往比質(zhì)子的動(dòng)量小， 由λ＝知，電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C錯(cuò)。 核外電子繞核運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是概率問題，無確定的軌道，故D對(duì)。 5．頻率為ν的光子，德布羅意波長(zhǎng)為λ＝，能量為E，則光的速度為(　　) A.　　　　　　　　　 B．pE C. D． 答案：AC 解析：根據(jù)c＝λν，E＝hν，λ＝，即可解得光的速度為或。 6．根據(jù)愛因斯坦“光子說”可知，下列說法錯(cuò)誤的是(　　) A．“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說” B．光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越小 C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化 D．只有光子數(shù)很多時(shí)，光才具有粒子性 答案：ACD 解析：愛因斯坦的“光子說”與牛頓的“微粒說”本質(zhì)不同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由E＝h可知選項(xiàng)B正確。一束單色光的能量不能是連續(xù)變化，只能是單個(gè)光子能量的整數(shù)倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。光子不但具有波動(dòng)性，而且具有粒子性，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 7．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(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)是λ＝，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量，人們把這種波叫做德布羅意波?，F(xiàn)有一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)為λ1的物體1和一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)為λ2的物體2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p1|<|p2|，則粘在一起的物體的德布羅意波長(zhǎng)為是多少？ 答案： 解析：由動(dòng)量守理定律p2－p1＝(m1＋m2)v及p＝，得－＝，所以λ＝。 8．如圖所示為證實(shí)電子波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，從F上漂出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U＝104V，電子質(zhì)量為m＝0.9110－30kg。電子被加速后通過小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。試計(jì)算電子的德布羅意波長(zhǎng)。 答案：1.2310－11m 解析：電子加速后的動(dòng)能EK＝mv2＝eU，電子的動(dòng)量p＝mv＝＝。 由λ＝知，λ＝，代入數(shù)據(jù)得λ≈1.2310－11m。 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2nm，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0.2nm　　　　 B．大于0.2nm C．等于0.2nm D．以上說法均不正確 答案：A 解析：顯微鏡的分辨能力與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短其分辨率能力越強(qiáng)，由λ＝知，如果把質(zhì)子加速到與電子相同的速度，質(zhì)子的波長(zhǎng)更短，分辨能力更高。 2．如圖所示，弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成亮暗相間的條紋，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)不能證明(　　) A．光具有波動(dòng)性 B．從鋅板上逸出帶正電的粒子 C．光能發(fā)生衍射 D．光具有波粒二象性 答案：B 解析：該題巧妙地把光的衍射和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)綜合在一起，解題時(shí)應(yīng)從光的衍射、光電效應(yīng)、光的波粒二象性知識(shí)逐層分析，逸出的光電子應(yīng)帶負(fù)電。 3．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. B．() C. D． 答案：D 解析：由德布羅意波長(zhǎng)λ＝知，p是電子的動(dòng)量，則p＝mv＝，而λ＝， 代入得U＝。故正確選項(xiàng)為D。 4．為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法： (1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高)；(2)利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列，則下列分析中正確的是(　　) A. 電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多 B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小 C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸 D．中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng) 答案：AD 解析：由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多，A項(xiàng)正確；由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，D 項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)。 5．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1MHz的無線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知(　　) 質(zhì)量/kg 速度/(ms－1) 波長(zhǎng)/m 彈子球 2.010－2 1.010－2 3.310－30 電子 9.110－31 5.0106 1.210－10 無線電波(1 MHz) 3.0108 3.0102 A.要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能 B．無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．只有可見光才有波動(dòng)性 答案：ABC 解析：由于彈子球德布羅意波長(zhǎng)極短，故很難觀察其波動(dòng)性，而無線電波波長(zhǎng)為3.0102m，所以通常表現(xiàn)出波動(dòng)性，很容易發(fā)生衍射，而金屬晶體的晶格線度大約是10－10m數(shù)量級(jí)，所以波長(zhǎng)為1.210－10m的電子可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。 二、非選擇題 6.已知銫的逸出功為1.9eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.310－7m的入射光照射金屬銫。 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？ (2)若能發(fā)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m＝0.9110－30kg) 答案：(1)能　(2)1.210－9m 解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝h＝6.62610－34eV≈2.9eV。由于E＝2.9eV>W0，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 Ek＝hν－W0＝1.610－19J 而光電子的最大動(dòng)量p＝，則光電子的德布羅意波波長(zhǎng)的最小值 λmin＝＝m≈1.210－9m。