高中物理第6章 波粒二象性第2节 实物粒子的波粒二象性同步练习题

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第6章 波粒二象性
第2节 实物粒子的波粒二象性
基础过关练
题组一 对德布罗意波的理解
1.(多选)以下说法正确的是( )
A.宏观粒子也具有波动性
B.抖动细绳一端,绳上的波就是物质波
C.物质波也是一种概率波
D.物质波就是光波

2.下列关于德布罗意波的认识,正确的是( )
A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波
B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体不具有波动性
3.下列说法中正确的是( )
A.质量大的物体,其德布罗意波长短
B.速度大的物体,其德布罗意波长短
C.动量大的物体,其德布罗意波长短
D.动能大的物体,其德布罗意波长短
4.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=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为( )
A.10-17 JB.10-19 J
C.10-21 JD.10-24 J
5.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多大?(中子的质量为1.67×10-27 kg,普朗克常量为6.63×10-34 J·s)
题组二 对不确定性关系的理解
6.(多选)关于不确定性关系,下列说法正确的是( )
A.在微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同时准确测量
B.自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性
C.海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的不确定性,都不能测量
D.不确定性关系ΔxΔp≥h4π,Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
7.(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥h4π有以下几种理解,其中正确的是( )
A.微观粒子的动量不可确定
B.微观粒子的位置坐标不可确定
C.微观粒子的动量和位置不可能同时确定
D.不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子,也适用于其他宏观粒子
8.(多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥h4π,判断下列说法正确的是( )
A.采取办法提高测量Δx精度时,Δp的精度下降
B.采取办法提高测量Δx精度时,Δp的精度上升
C.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
9.如图所示是一个粒子源,产生某种粒子,在其正前方安装只有两条狭缝的挡板,粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光。那么在荧光屏上将看到 。
10.已知h4π=5.3×10-35 J·s,试求下列情况中速度测定的不确定量,并根据计算结果,讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况。
(1)一个球的质量m=1.0 kg,测定其位置的不确定量为10-6 m;
(2)电子的质量me=9.1×10-31 kg,测定其位置的不确定量为10-10 m。(结果保留两位有效数字)
答案全解全析
第6章 波粒二象性
第2节 实物粒子的波粒二象性
基础过关练
1.AC 任何物体都具有波动性,故A正确;对宏观物体而言,其波动性难以观测,我们所看到的绳波是机械波,不是物质波,故B错误;物质波与光波一样,也是一种概率波,即粒子在各点出现的概率遵循波动规律,但物质波不是光波,故C正确,D错误。
2.C 运动的物体才具有波动性,A项错;宏观物体运动时,由于动量太大,德布罗意波波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但仍具有波动性,D项错;X光是波长极短的电磁波,是光子,它的衍射不能证实物质波的存在,B项错,C项正确。
3.C 由物质波的波长λ=h/p,得其只与物体的动量有关,动量越大其波长越短。
4.C 根据德布罗意波理论,中子动量p=h/λ,中子动能Ek=p^2/2m=h^2/(2mλ^2 ),代入数据可以估算出数量级,选项C正确。
5.答案 4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
解析 中子的动量为p1=m1v
子弹的动量为p2=m2v
根据λ=h/p知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1=h/p_1 ,λ2=h/p_2
联立以上各式解得λ1=h/(m_1 v),λ2=h/(m_2 v)
将m1=1.67×10-27 kg,v=103 m/s,h=6.63×10-34 J•s,m2=1.0×1〖0^"-" 〗^2 kg
代入上面两式可解得
λ1≈4.0×10-10 m,λ2=6.63×10-35 m
6.ABD 微观世界中,粒子的位置和动量存在一定的不确定性,不能同时准确测量,A正确;如果同时测量某个微观粒子的位置和动量,位置的测量结果越精确,动量的测量误差就越大,反之,动量的测量结果越精确,位置的测量误差就越大,C错误;不确定性关系是自然界的普遍规律,但由于普朗克常量是一个很小的量,对宏观物体来说,这种不确定性关系可以忽略不计,B正确。
7.CD 不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约,此长彼消,当粒子的位置不确定性小时,粒子动量的不确定性大;反之亦然,故不能同时确定粒子的位置和动量。不确定性关系是自然界中的普遍规律,对微观世界的影响显著,对宏观世界的影响可以忽略,故C、D正确。
8.AD 不确定性关系表明,无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个,必然引起另一个较大的不确定性,这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关,无论怎样改善测量仪器和测量方法,都不可能逾越不确定性关系所给出的限度,故A、D正确。
9.答案 明暗相间的干涉条纹
解析 由于粒子源产生的粒子是微观粒子,它的运动受波动性支配,对大量粒子运动到达屏上某点的概率,可以用波的特征进行描述,即产生双缝干涉,在屏上将看到干涉条纹。
10.答案 见解析
解析 (1)球的速度测定的不确定量
Δv≥h/4πmΔx=(5"." 3×10^("-" 35))/(1"." 0×10^("-" 6) ) m/s=5.3×10-29 m/s
这个速度不确定量在宏观世界中微不足道,可认为球的速度是确定的,其运动遵从经典物理学理论。
(2)原子中电子的速度测定的不确定量
Δv≥h/(4πm_e Δx)=(5"." 3×10^("-" 35))/(9"." 1×10^("-" 31)×10^("-" 10) ) m/s≈5.8×105 m/s
这个速度不确定量不可忽略,不能认为原子中的电子具有确定的速度,其运动不能用经典物理学理论处理。