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2019-2020年高中物理 第17章 第3節(jié) 粒子的波動性練習 新人教版選修3-5 1．光的波粒二象性． (1)光的波粒二象性：光既具有波動性，又具有粒子性． (2)光子的能量ε＝hν，動量p＝．能量ε和動量p是描述光的粒子性的物理量，頻率ν和波長λ是描述光的波動性的物理量．光的波粒二象性是通過普朗克常量h聯(lián)系在一起的． (3)能表明光具有波動性的現(xiàn)象有干涉、衍射等；能表明光具有粒子性的事實有光電效應、康普頓效應等． 2．粒子的波動性． 法國物理學家德布羅意提出，實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，且粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間，也像光子跟光波一樣，滿足ν＝，λ＝關系．這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫作物質波． 3．物質波的實驗驗證． 1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子衍射圖樣，從而證實了電子的波動性． 1．關于光的波粒二象性，下列說法中不正確的是(C) A．波粒二象性指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性 B．光的頻率越高，粒子性越明顯 C．能量越大的光子其波動性越顯著 D．光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯 解析：波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，或者說在某種場合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的波動性表現(xiàn)明顯．A、D說法正確；光的頻率越高，能量越高，粒子性相對波動性越明顯，B說法正確，C說法錯誤． 2．(多選)下列說法中正確的是(CD) A．光的波粒二象性學說就是牛頓的微粒說加上惠更斯的波動說組成的 B．光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁場理論 C．光子說并沒有否定電磁說，在光子的能量ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性 D．光波不同于宏觀觀念中那種連續(xù)的波，它是表明大量光子運動規(guī)律的一種概率波 解析：光的波動性指大量光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小，可以用波動規(guī)律來描述，不是惠更斯的波動說中宏觀意義下的機械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓微粒說中的經典微粒．光子說與電磁說不矛盾，它們是不同領域的不同表述． 3．關于光的本性，下列說法中正確的是(C) A．關于光的本性，牛頓提出微粒說，惠更斯提出波動說，愛因斯坦提出光子說，它們都說明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子 C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性 D．光的波粒二象性是將牛頓的波動說和惠更斯的粒子說真正有機地統(tǒng)一起來的 解析：光具有波粒二象性，這是現(xiàn)代物理學關于光的本性的認識，光的波粒二象性是愛因斯坦的光子說和麥克斯韋的電磁說的統(tǒng)一．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性，故A、B、D錯誤，C對． 4．在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實驗是(B) A．弱光衍射實驗 B．電子束在晶體上的衍射實驗 C．弱光干涉實驗 D．以上都不正確 解析：由課本知識知，最早證明德布羅意波假說的是電子束在晶體上的衍射實驗． 5．(xx江蘇卷)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73 Hz和5.44 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的(A) A．波長　　　　　　　　B．頻率 C．能量 D．動量 解析：兩種金屬的截止頻率不同，則它們的逸出功也不同，由W＝hν0可知截止頻率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W0可知，用同樣的單色光照射，鈣逸出的光電子的最大初動能較小，由p＝知，其動量也較小，根據物質波p＝知，其波長較長． 6．一顆質量為10 g的子彈，以200 m/s的速度運動著，則由德布羅意理論計算，要使這顆子彈發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，那么障礙物的尺寸為(C) 解析：λ＝＝＝ m≈3.32 m，故能發(fā)生明顯衍射的障礙物尺寸應為選項C. 7．人類對光的本性認識的過程中先后進行了一系列實驗，如下所示的四個示意圖表示的實驗不能說明光具有波動性的是(C) 解析：A、B、D圖分別是單縫衍射實驗、雙孔干涉實驗和薄膜干涉的實驗，干涉和衍射都是波的特有性質，因此單縫衍射實驗、雙孔干涉實驗和薄膜干涉的實驗都說明光具有波動性，故A、B、D錯誤．C圖此實驗是光電效應實驗，說明了光的粒子性，不能說明光的波動性．故C正確． 8．在中子衍射技術中，常利用熱中子研究晶體的結構，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距相近．已知中子質量1.6710－27 kg，可以估算德布羅意波長λ＝1.8210－10 m的熱中子的動能的數量級為(C) 解析：德布羅意波理論中子動量p＝，中子動能，代入數據可估算出數量級 J. 9．質量為m的粒子原來的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大為2v，則描寫該粒子的物質波的波長將(粒子的質量保持不變)(C) A．保持不變 B．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍 C．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半 D．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的倍 解析：由題知，粒子速度為v時，λ1＝；粒子速度為2v時，λ2＝λ1，可知C正確，A、B、D錯． 10．(多選)在光的單縫衍射實驗中，在光屏上放上照相底片，并設法控制光的強度，盡可能使光子一個一個地通過狹縫，假設光子出現(xiàn)在中央亮紋的概率為90%，下列說法正確的是(BC) A．第一個光子一定出現(xiàn)在中央亮紋上 B．第一個光子可能不出現(xiàn)在中央亮紋上 C．如果前9個光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，則第10個光子還有可能出現(xiàn)在中央亮紋上 D．如果前9個光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，則第10個光子一定不能出現(xiàn)在中央亮紋上 解析：對每個光子而言，出現(xiàn)在中央亮紋的概率均為90%，所以第一個光子有可能出現(xiàn)在中央亮紋上，也有可能不出現(xiàn)在中央亮紋上．如果前9個光子均出現(xiàn)在中央亮紋上，第10個光子出現(xiàn)在中央亮紋的概率為90%，所以第10個光子可能會出現(xiàn)在中央亮紋上，因此B、C正確，A、D錯．正確選項是B、C. 11．如果一個中子和一個質量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？(中子的質量為1.6710－27 kg) 解析：中子的動量為p1＝m1v；子彈的動量為p2＝m2v， 據λ＝知中子和子彈的德布羅意波長分別為： λ1＝，λ2＝； 聯(lián)立以上各式解得：λ1＝，λ2＝. 將m1＝1.67 kg，v＝1 m/s，h＝6.63Js，m2＝1.0 kg 代入上面兩式可解得： λ1＝3.97 m；λ2＝6.63 m 答案：4.0 m　6.63m 12．1924年，法國物理學家德布羅意提出，任何一個運動著的物體都有一種波與它對應.1927年，兩位美國物理學家在實驗中得到了電子束通過鋁箔時的衍射圖像，如圖所示．試分析電子束通過鋁箔后的運動特征． 解析：電子束通過鋁箔后，電子沒有確定的位置和軌跡，其在某點出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，題圖較亮的地方，電子到達的概率大，較暗的地方，電子到達的概率小． 答案：見解析