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高中物理学习材料 (马鸣风萧萧**整理制作)
第三节 粒子的波动性
建议用时 90分钟 实际用时 满分 100分 D.以上说法均不正确
4.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 5.下列说法正确的是( )
A.光子和电子一样,都是实物粒子B.光子和电子都能发生衍射现象
象性
实际得分 一、选择题(本题包括10小题,每小题给出的四个选
项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分,共40分) 1.关于光的波粒二象性,正确的说法是( ) A.光的频率愈高,光子的能量愈大,粒子性愈显著
B.光的波长愈长,光子的能量愈小,波动性愈明显
C.率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性 2.有关光的本性的说法正确的是( )
A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性
B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子 C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性
D.在光的双缝干涉实验中,如果光通过双缝时显出波动性,如果光只通过一个缝时显出粒子性 3.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm,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0.2 nmB.大于0.2 nmC.等于0.2 nm
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C.光子和电子均是微观实物粒子,均具有波粒二D.光子具有波粒二象性,电子只具有粒子性 6.下列现象中能说明光具有粒子性的是( ) A.光的色散和光的干涉B.光的干涉和衍射
C.光的反射和光的折射
D.康普顿效应和光电效应
7.(江苏高考)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??=1.67×10kg,普朗克常量?=6.63×10 J·s,可以估算德布罗意波长??=1.82×10 m的热中子动能的数量级为( )A.10C.10
-17 -21
-10
-27
-34
-19 -24
J B.10J D.10
JJ
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8.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有??个频率为??的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(?为普朗克常量)
( )
A.??? B.?????
21
14.(10分)一个带电荷量为元电荷的粒子,经206 V的加速电压由静止加速后,它的德布罗意波长为0.002 nm,试求这个粒子的质量.
15.(14分)根据光子说光子的能量??=???,我们还
14
知道物体能量??=????2,频率??=5×10 Hz的光子具有的动量是多少?一电子的动量与该光子相同,该电子的运动速度是多少?该电子物质波的波长??e是多少?
16.(14分)质量为10 g ,速度为300 m/s在空中
飞行的子弹,其德布罗意波波长是多少?为什么我们无法观察出其波动性?如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性,我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进,在空间中描绘出正弦曲线或其周期性曲线?为什么?
C.????? D.2?????
9.关于物质波,以下说法正确的是( ) A.任何运动物体都具有波动性 B.湖面上形成的水波就是物质波 C.通常情况下,质子比电子的波长长 D.核外电子绕核运动时,并没有确定的轨道 10.关于物质波,下列认识错误的是( ) A.任何运动的物体(质点)都伴随一种波,这种波叫物质波
B. X射线的衍射实验,证实了物质波假设是正确的
C.电子的衍射实验,证实了物质波假设是正确的 D.宏观物体尽管可以看做物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象
二、填空题(本题共2小题,每小题6分,共12分.请将正确的答案填到横线上)
11.电子经电势差为??=200 V的电场加速,在?????的情况下,此电子的德布罗意波长为 . 12.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波波长是乙质子的 ,同样速度的质子和电子相比, 的德布罗意波波长大. 三、计算与简答题(本题共4小题,共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)质子和电子分别以速度??=4.0×10 m/s运动,试比较它们的物质波的波长.
7
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第三节 粒子的波动性 答题纸
得分:
一、选择题 题号 答案 二、填空题
11. 12. 三、计算与简答题 13 14. 15 16.
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 》》》》》》》》》积一时之跬步 臻千里之遥程《《《《《《《《《《《《
第三节 粒子的波动性 参考答案
一、选择题
1. ABD 解析:干涉、衍射现象表明光具有波动性,光电效应现象表明光具有粒子性,因此任何光都具
有波粒二象性,选项C错误.但波长越长、频率愈低的光波,干涉和衍射愈容易发生,波动性愈显著.频率愈高、光子的能量越大,愈容易发生光电效应,粒子性愈显著.故选项A、B正确.让光子一个一个的通过双缝,曝光时间短时,底片上呈现不规则分布的点子,曝光时间长时,底片上呈现清晰的干涉条纹,这个实验表明,个别光子的行为显示粒子性,大量光子产生的效果显示波动性,故选项D正确.
2. C 解析:牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样,惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同,这两种观点是相互对立的,都不能说明光的本性,所以A、B错误,C正确.在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明暗均匀的条纹,单缝出现中央亮而宽、周围暗而窄的条纹,都说明光的波动性.当让光子一个一个地通过单缝时,曝光时间短时表现出粒子性,曝光时间长时显出波动性,因此D错误. 3. A 解析:显微镜的分辨能力与波长有关,波长越短其分辨能力越强,由??=??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.
4.C解析:实物粒子也具有波动性,这种与实物粒子相联系的波称为物质波,机械波是由于物体的振动
在介质中传播形成的,物质波不是机械波,选项A错误;实物粒子也有波动性,故选项B错误; C.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,选项C正确;宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,是因为宏观粒子的波长短,衍射或干涉现象不明显,选项D错误.
?5. B 解析:光子不是实物粒子,微观粒子也具有波动性,故B项正确,A、C、D项错误.
6.D解析:光的折射、光的干涉和衍射说明光具有波动性,光的色散、康普顿效应和光电效应说明光具有粒
子性,光的反射即能体现光的波动性也能体现光的粒子性,故选项A、B、 C错误,选项D正确.
?1
2
1
??2
7. C 解析:据??=??;??k=2????=2??(??)
即??k=2??·(??),代入数据可得动能数量级为10-21 J,故C项正确.
8.C 解析:单个光子的能量为??=???,所以??个光子的总能量为??=????=?????.
9.AD 解析:任何运动物体都具有波动性,A正确.湖面上形成的水波是机械波不是物质波,B错.电子的动量比质子的动量往往要小一些,由??=知,电子的德布罗意波长要长,C错.由于电子的波动性,核外电子绕
??
1?2
?核运动不可能有确定的轨道,D正确.
10.BD 解析:X射线衍射实验验证X射线是电磁波,B错误,宏观物体物质波也具有干涉、衍射现象,只不过现象不明显,D错误.二、填空题
11. 8.70×10-2 nm
马鸣风萧萧
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解析:已知??0??2=??k=????
2
1
所以??=√????=
?√2??0??k2????
0
?√2????0??1.23√==
?1√2????0√1.23=??1.23√?? nm
如??=200 V,则??=12. 电子
41
nm=??√200 nm=8.70×10-2 nm.
解析:??==
??
??????
知波长与速度成反比,
??甲??乙
=??,??甲=4??乙,
甲
??乙
1
由??=?????
知电子质量小波长长.
三、计算与简答题
13.电子的波长大于质子的波长
解析:根据物质波公式??=
??
?对于电子:??e=??e??e=9.1×10?31×4×107 kg·m/s
对于质子:??H=??H??H=1.67×10?27×4×107 kg·m/s 可得??e=??H=
???H
???e
=
6.63×10?349.1×10?31×4×107
m=1.8×10-11 m
=
6.63×10?341.67×10?27×4×107
m=1.0×10-14 m
由计算可知,电子的德布罗意波的波长大于质子的德布罗意波的波长. 14.1.67×10-27 kg
解析:粒子加速后获得的动能为??k=????2=????
21
粒子的物质波的波长??=?? 粒子的动量??=???? 以上各式联立得??=
-27
??2
2??????2
=
(6.63×10?34)
3
-7
2
22×1.6×10?19×206×(0.02×10?9)
kg=1.67×10-27 kg.
15. 1.1×10 kg·m/s 1.2×10 m/s 6.0×10 m 解析:对光子,能量??=???=????2,动量??=????,故得 ??=????=
???
??
-27
=
6.63×10?34×5×1014
3.0×108 kg·m/s
≈1.1×10 kg·m/s.
设电子质量为??e,速度为??e,动量为??e,则
??e=??e??e
依题知??e=??.
以上三式联立得到电子的速度大小为 ??e=
??e??e
????e
1.1×10?279.1×10?31≈= m/s≈1.2×10 m/s.
3
电子物质波的波长
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