高中物理人教版 (新课标)选修3第十七章 波粒二象性综合与测试课后练习题

 www.ks5u.com第十七章　第三节

基础夯实

一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)

1．对于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　)

A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子

B．光波与机械波是同样的一种波

C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的

D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性

答案：D

解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说。

2．下列说法中正确的是(　　)

A．物质波属于机械波

B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性

C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波

D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性

答案：C

解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显而已，故只有C对。

3．有关光的本性，下列说法中正确的是(　　)

A．光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的

B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性

答案：D

解析：光在不同条件下表现出不同的行为，其波动性和粒子性并不矛盾，A错、D对；光的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点，B错；大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，C错。

4．频率为ν的光子，德布罗意波长为λ＝，能量为E，则光的速度为(　　)

A．　　　　　　　　 B．pE

C．　　　 D．

答案：AC

解析：根据c＝λν，E＝hν，λ＝，即可解得光的速度为或。

5．根据爱因斯坦“光子说”可知，下列说法错误的是(　　)

A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”

B．光的波长越大，光子的能量越小

C．一束单色光的能量可以连续变化

D．只有光子数很多时，光才具有粒子性

答案：ACD

解析：爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A错误。由E＝h可知选项B正确。一束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C错误。光子不但具有波动性，而且具有粒子性，选项D错误。

6．(河北正定中学2015～2016学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)

A．光电效应现象揭示了光的粒子性

B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

答案：AB

解析：黑体辐射是光的反射问题，选项C错误；动能相等的质子和电子，质子的动量大，由德布罗意波长公式λ＝知，质子的波长小，选项D错误。

二、非选择题

7．如图所示为证实电子波存在的实验装置，从灯丝F上漂出的热电子可认为初速度为零，所加加速电压U＝104V，电子质量为m＝0.91×10－30kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，发生衍射，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波长。

答案：1.23×10－11m

解析：电子加速后的动能EK＝mv2＝eU，电子的动量p＝mv＝＝。

由λ＝知，λ＝，代入数据得λ≈1.23×10－11m。

能力提升

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将(　　)

A．小于0.2nm　　　 B．大于0.2nm

C．等于0.2nm　　　 D．以上说法均不正确

答案：A

解析：显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨率能力越强，由λ＝知，如果把质子加速到与电子相同的速度，质子的波长更短，分辨能力更高。

2．如图所示，弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成亮暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验不能证明(　　)

A．光具有波动性 B．从锌板上逸出带正电的粒子

C．光能发生衍射 D．光具有波粒二象性

答案：B

解析：该题巧妙地把光的衍射和光电效应实验综合在一起，解题时应从光的衍射、光电效应、光的波粒二象性知识逐层分析，逸出的光电子应带负电。

3．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构，为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为，其中n>1，已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为(　　)

A．　　　 B．()

C．　　　 D．

答案：D

解析：由德布罗意波长λ＝知，p是电子的动量，则p＝mv＝，而λ＝， 代入得U＝。故正确选项为D。

4．为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：

(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是(　　)

A． 电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多

B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小

C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸

D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当

答案：AD

解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当，D 项正确，C项错。

5．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1MHz的无线电波的波长，由表中数据可知(　　)

A．要检测弹子球的波动性几乎不可能

B．无线电波通常情况下只能表现出波动性

C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性

D．只有可见光才有波动性

答案：ABC

解析：由于弹子球德布罗意波长极短，故很难观察其波动性，而无线电波波长为3.0×102m，所以通常表现出波动性，很容易发生衍射，而金属晶体的晶格线度大约是10－10m数量级，所以波长为1.2×10－10m的电子可以观察到明显的衍射现象。

二、非选择题

6．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波。现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p1|<|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为是多少？

答案：

解析：由动量守理定律p2－p1＝(m1＋m2)v及p＝，得－＝，所以λ＝。

7．已知铯的逸出功为1.9eV，现用波长为4.3×10－7m的入射光照射金属铯。

(1)能否发生光电效应？

(2)若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少。(电子的质量为m＝0.91×10－30kg)

答案：(1)能　(2)1.2×10－9m

解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝h＝6.626×10－34××eV≈2.9eV。由于E＝2.9eV>W0，所以能发生光电效应。

(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能

Ek＝hν－W0＝1.6×10－19J

而光电子的最大动量p＝，则光电子的德布罗意波波长的最小值

λmin＝＝m≈1.2×10－9m。