人教版 (2019)5 “基本”粒子精品课后复习题

这是一份人教版 (2019)5 “基本”粒子精品课后复习题，文件包含55《粒子的波动性和量子力学的建立》分层练习原卷版-人教版高中物理选修三docx、55《粒子的波动性和量子力学的建立》分层练习解析版-人教版高中物理选修三docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共14页， 欢迎下载使用。

基础篇
一、单选题
1.2021年1月21日，包括中国科研人员在内的一支国际团队“拍摄”到了基于冷冻镜断层成像技术的新冠病毒的3D影像测得新冠病毒的平均尺度是，如图所示。波长为的光，其光子动量大小数量级为（普朗克常量为）（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】根据德布罗意波长公式，解得，所以B正确。
故选：B。
2.自然光做光源的光学显微镜的分辨率最高可以达到200 nm，可以看到最小的细菌，大多数的病毒比细菌小，光学显微镜就无能为力了，更别提看到10－10 m大小的原子了，由于光的衍射效应，光学显微镜分辨率难以提升．因为同样的情况下，波长越短衍射效应越不明显，为了提高分辨率，我们可以用波长更短的X射线，甚至用电子束，因为λ＝eq \f(h,p)，当电子能量较高时，可以有短的波长，目前透射电子显微镜(TEM)的分辨率可以达到0.2 nm.关于显微镜下列说法正确的是( )
A．用激光做光源也可以让光学显微镜的分辨率达到0.2 nm
B．透射电子显微镜的分辨率不受本身波长衍射的限制，可以任意提高分辨率
C．透射电子显微镜中电子束虽然可以通过提高能量减小波长来减小衍射效应，但电子显微镜的分辨率不能无限提高
D．如果显微镜用质子束替代电子束，质子加速后和电子同样速度的情况下，质子显微镜的分辨率比较低
【答案】C
【解析】激光与自然光的波长相同，所以用激光做光源也不能让光学显微镜的分辨率达到0.2 nm，故A错误；随着障碍物的减小，当障碍物的大小与电子束的波长相差不多时，发生明显衍射，故B错误，C正确；由公式p＝mv，速度相同，由于质子的质量大于电子的质量，所以质子的动量比电子的动量更大，质子的波长比电子的波长更小，所以质子显微镜的分辨率比电子的分辨率更高，故D错误。
故选：C。
3.近年来，数码相机已经家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点。现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( )
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
【答案】D
【解析】 数码相机拍出的照片不是白点，不能说明显示粒子性，故不选择A；光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关，所以B错误；大量光子表明光具有波动性，所以C错误；光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，D正确。
故选：D。
4.如果下列四种粒子具有相同的速率,则德布罗意波长最小的是( )
A.α粒子
B.β粒子
C.中子
D.质子
【答案】A
【解析】由德布罗意波长λ=ℎp,动量p=mv可得λ=ℎmv,速率相等,即速度大小相同,α粒子的质量m最大,则α粒子的德布罗意波长最小,故A正确,B、C、D错误。
故选：A。
5.波长为100 nm的光,其光子动量大小的数量级为(普朗克常量为6.63×10-34 J·s)( )
A.10-25 kg·m/s
B.10-27 kg·m/s
C.10-29 kg·m/s
D.10-31 kg·m/s
【答案】B
【解析】根据德布罗意波长公式λ=ℎp,解得p=ℎλ=6.63×10-34100×10-9 kg·m/s=
6.63×10-27 kg·m/s,所以B正确。
故选：B。
6.根据光的波粒二象性可知,光与其他物体发生相互作用时表现出粒子性,波长为λ的光子能量为E=hcλ,动量为p=
ℎλ,h为普朗克常量,c为光在真空中的传播速度。科研人员用强激光竖直向上照射一水平放置的小玻璃片,激光子全部被吸收,产生的“光压”把小玻璃片托在空中。若小玻璃片质量为m,重力加速度为g,则激光的发射功率为( )
mgc
mgc2
mc
D.12mc2
【答案】A
【解析】由题意得功率P=Nhcλ(式中N为单位时间内照射到玻璃片上的光子数),经过时间t,以入射的光子为研究对象,由动量定理得Ft=Ntℎλ,设F′为光对玻璃板的作用力,由牛顿第三定律F=F′,因为玻璃板静止,则有F′=mg,联立解得P=mgc。
故选：A。
7.质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大到2v，则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( )
A．保持不变
B．变为原来波长的两倍
C．变为原来波长的一半
D．变为原来波长的eq \r(2)倍
【答案】C
【解析】根据公式λ＝eq \f(h,p)＝eq \f(h,mv)可以判断出选项C正确。
故选：C。
8.1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成了电子束衍射的实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图,下列说法不正确的是( )
A.亮条纹说明电子不是沿直线运动的
B.该实验说明物质波理论是正确的
C.该实验再次说明光子具有波动性
D.该实验说明实物粒子具有波动性
【答案】C
【解析】亮条纹处是电子能到达的地方,故A说法正确;电子是实物粒子,能发生衍射现象,说明实物粒子具有波动性,物质波理论是正确的,不能说明光子的波动性,故B、D说法正确,C说法错误。
故选：C。
9.X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则( )
A．E＝eq \f(hλ,c)，p＝0
B．E＝eq \f(hλ,c)，p＝eq \f(hλ,c2)
C．E＝eq \f(hc,λ)，p＝0
D．E＝eq \f(hc,λ)，p＝eq \f(h,λ)
【答案】D
【解析】根据E＝hν，且λ＝eq \f(h,p)，c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝eq \f(hc,λ)，每个光子的动量为p＝eq \f(h,λ)，故D正确。
故选：D。
10.如图所示为各种波动现象所形成的图样，下列说法正确的是（ ）
A．甲为光的圆盘衍射图样
B．乙为光的薄膜干涉图样
C．丙为光的圆盘衍射图样
D．丁为电子束穿过铝箔后的衍射图样
【答案】D
【解析】A．圆盘衍射图样特征为，中央为含一个亮斑的图形阴影，外部环绕着宽度越来越小的亮环，A错误；
B．中央为含一个亮斑的图形阴影，外部环绕着宽度越来越小的亮环，为圆盘衍射图样，B错误；
C．阴影部分中央没有亮斑，故不是圆盘衍射图样，C错误；
D．电子穿过铝箔时的衍射图样特征是，中央是一个较大的亮斑，条纹宽度不等，相邻条纹间距不变，D正确。
故选：D。
提升篇
一、多项选择题
1.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】光电效应揭示了光的粒子性，A正确；热中子束射到晶体上，产生的衍射图样说明中子具有波动性，B正确；黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释，C错误；由λ＝eq \f(h,p)和p＝eq \r(2mEk)，得λ＝eq \f(h,\r(2mEk))，动能相等的质子和电子质量相差很多，所以德布罗意波长λ不相等，D错误。
故选：AB。
2.关于下列图像的描述和判断正确的是( )
A．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有粒子性
B．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性
C．图乙表示随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会减小
D．图乙表示随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
【答案】BD
【解析】题图甲是电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性，选项A错误，选项B正确；题图乙是黑体辐射实验规律图线，从图线能够看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误，选项D正确。
故选：BD。
3.下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz的无线电波的速度和波长，根据表中数据可知( )
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．只有可见光才有波粒二象性
【答案】ABC
【解析】弹子球对应的德布罗意波的波长太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波的波长较大，所以其通常表现出波动性，B正确；电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性，C正确；由物质波理论知D错误。
故选：ABC。
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”及发生明显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，由p＝eq \f(h,λ)可知它的动量应很大，速度应很大，A正确，B错误；由题目所给信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的条件可知，中子的物质波波长及X射线的波长与原子尺寸相当，C错误，D正确。
故选：AD。
5.频率为ν的光子，德布罗意波长为λ＝eq \f(h,p)，能量为E，则光的速度为( )
A.eq \f(Eλ,h)
B．pE
C.eq \f(E,p)
D.eq \f(h2,Ep)
【答案】AC
【解析】根据c＝λν，E＝hν，λ＝eq \f(h,p)，即可解得光的速度为eq \f(Eλ,h)或eq \f(E,p)。
故选：AC。
非选择题
1.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。
(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】(1)ℎλM (2)λ
【解析】(1)设光子的动量为p,由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为p。
由p=ℎλ=Mv得v=ℎλM。
(2)反冲核的物质波的波长λ′=ℎMv=λ。
2.科学家设想在未来的航天事业中利用太阳帆来加速星际飞船,飞船总质量为m,设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n,光子平均波长为λ,太阳帆面积为S,反射率100%,太阳光垂直射到太阳帆上.
(1)求飞船加速度a的表达式.
(2)若太阳帆是黑色的,飞船的加速度又为多少?
【答案】 (1)a=2nSℎmλ (2)nSℎmλ
【解析】 (1)光子垂直射到太阳帆上再反射,动量变化量为2p,设光对太阳帆的压力为F,单位时间打到太阳帆上的光子数为N,则N=nS,
由动量定理有FΔt=NΔt·2p,
所以F=N·2p,
而光子动量p=ℎλ,解得F=2nSℎλ,
由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为a=Fm=2nSℎmλ.
(2)若太阳帆是黑色的,光子垂直打到太阳帆上不发生反射(被太阳帆吸收),光子动量变化量为p,太阳帆上受到的光压力为F'=nSℎλ,
飞船的加速度a'=nSℎmλ.
质量/kg
速度/(m·s－1)
波长/m
弹子球
2.0×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子
9.1×10－31
5.0×106
1.2×10－10
无线电波(1 MHz)
3.0×108
3.0×102