高中物理选修3-5第十七章 波粒二象性3 崭新的一页：粒子的波动性同步测试题

2013版高中物理 17.3 粒子的波动性知能巩固提升 新人教版选修3-5

【课堂训练】

1.(2012·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是(   )

A.光的色散和光的干涉

B.光的干涉和光的衍射

C.泊松亮斑和光电效应

D.光的反射和光电效应

2.有关光的本性，下列说法正确的是(   )

A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的

B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

C.光不具有波动性

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

3.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

4.(2012·廊坊高二检测)根据物质波理论，以下说法中正确的是(   )

A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性

B.宏观物体和微观粒子都具有波动性

C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长

D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显

5.古巴名将罗伯斯在男子110 m栏比赛中，以12秒87的成绩打破了记录，设罗伯斯质量约为74 kg，试计算他在110 m栏跑中的德布罗意波波长.

【课后巩固】

6.(2012·徐州高二检测)光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明(   )

A.光是电磁波     B.光具有波动性

C.光可以携带信息    D.光具有波粒二象性

7.(2012·桂林高二检测)为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜.下列说法中正确的是(   )

A.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射

B.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射

C.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射

D.电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射

8.关于光的波粒二象性的理解，正确的是(   )

A.大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性

B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子

C.高频光是粒子，低频光是波

D.波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著

9.在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27 kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为(   )

A.10-17J      B.10-19J

C.10-21J      D.10-24J

10.(2012·厦门高二检测)关于物质波，下列说法正确的是(   )

A.速度相等的电子和质子，电子的波长长

B.动能相等的电子和质子，电子的波长短

C.动量相等的电子和中子，中子的波长短

D.甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍

11.一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行，一个初速度为零的电子，通过电压为100 V的加速电场.试分别计算它们的德布罗意波波长.

12.光子的动量p与能量ε的关系为，静止的原子核放出一个波长为λ的光子，已知普朗克常量为h，光在真空中传播的速度为c，求：

(1)质量为M的反冲核的速度为多少？

(2)反冲核运动时物质波的波长是多少？

答案解析

1.【解析】选C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确.

2.【解析】选D.19世纪初，人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释这些现象；但19世纪末又发现了光电效应，这种现象波动说不能解释，证明光具有粒子性.因此，光既具有波动性，又具有粒子性.但光不同于宏观的机械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面，不同属性，我们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.选项D正确.

3.【解析】选C.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，A错误；宏观物体也具有波动性，只是它们的干涉、衍射现象不明显，看不出来，B、D错误；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，C正确.

4.【解析】选B、D.一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A错误，B正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，由λ=知电子的物质波波长更长，所以电子波动性更明显，D正确.

5.【解析】罗伯斯110米栏跑时的速度：

v= m/s≈8.55 m/s.

罗伯斯的动量为：

p=mv=74×8.55 kg·m/s=632.7 kg·m/s

对应的德布罗意波波长为：

λ= =1.048×10-36 m

答案:1.048×10-36 m

6.【解析】选B、C.光能发生衍射现象，说明光具有波动性，B正确.衍射图样与障碍物的形状对应，说明衍射图样中包含了障碍物的信息，C正确.光是电磁波，光也具有波粒二象性，但在这个现象中没有得到反映，A、D不正确.

7.【解析】选A.为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的，因为可见光的波长数量级是10-7m,远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦，如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了，故A正确.

8.【解析】选D.光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者是与物质相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的效果易呈现出波动性，个别光子的效果易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性越强，故A、B、C错误，D正确.

【总结提升】利用光的波粒二象性解题技巧

利用光的波粒二象性求解有关问题，要正确理解波粒二象性，粒子性的一面表现在光子具有能量ε=hν,动量以及和其他物质作用时，显示光的粒子性的一面.波动性的一面表现在光传播时，频率越低、波长越长的光，波动性越显著，光的粒子性和波动性组成一个有机的整体，相互间并不独立存在.在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中波与粒子可以统一.由于我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同.光既不是宏观概念的波，也不同于宏观概念的粒子.

9.【解析】选C.由λ=知热中子的动量p=,又p2=2mEk,所以热中子动能：

≈4×10-21J.故选项C正确.

10.【解析】选A.由λ=可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p=可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错误.

11.【解析】物体的动量p=mv.

其德布罗意波波长

足球的波长：

电子经电场加速后，速度增加为v2，根据动能定理m2v22=eU,p2=m2v2=.

该电子的德布罗意波波长

=

=1.2×10-10 m.

答案:1.47×10-34 m    1.2×10-10 m

【变式备选】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多少?

【解析】由德布罗意波公式λ=

得

而

解得

答案:

12.【解题指南】解答本题应注意以下两点：

(1)原子核放出光子的过程动量守恒.

(2)德布罗意波波长公式λ=.

【解析】(1)由λ=得p=，由光子与原子核组成的系统动量守恒，得

0=p-Mv′，

故

(2)由德布罗意波波长公式知，反冲核运动时物质波波长

答案:(1)     (2)λ