高中物理人教版5本册总复习总复习 学业分层测评7

学业分层测评(七)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是________．【答案】电子束在晶体上的衍射实验2．关于物质波，下列认识正确的是()A．任何运动的物体(质点)都对应一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的C．电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的D．宏观物体尽管可以看成物质波，但无法观察到其干涉、衍射等现象E．最早提出物质波的是牛顿【解析】由德布罗意假说可判断选项A正确E错误；X射线的衍射实验证实了X射线是波长很短的电磁波，故选项B错误；电子的衍射实验证实了电子具有波动性，故选项C正确；宏观物体对应的物质波的波长极短，实验室无法进行实验，选项D正确．【答案】ACD3．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，电子的波长长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E．动量相等的粒子，其波长也相等【解析】由λ＝eq\f(h,p)可知，动量大的粒子的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，选项A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝eq\r(2mEk)可知，电子的动量小，波长长，选项B正确；动量相等的电子与中子，其波长应相等，选项C错误E正确；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，则甲的波长应是乙的eq\f(1,3)，选项D错误．【答案】ABE4．如图17­3­2所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验可以证明光具有________性．图17­3­2【解析】弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性．【答案】波粒二象5．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波C．当光和物质相互作用时表现出粒子性D．光在传播过程中表现出波动性E．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性【解析】光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，A错误；当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性，光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波，B错误C、D正确；光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有联系的．光的粒子性并没有否定光的波动性，E正确．【答案】CDE6．质量为m的粒子原来的速度为v，物质波的波长为λ.现将粒子的速度增大为2v，则描写该粒子的物质波的波长将变为________λ(粒子的质量保持不变)．【解析】由题知，粒子速度为v时，λ＝eq\f(h,mv)；粒子速度为2v时，λ2＝eq\f(1,2)λ.故C正确．【答案】eq\f(1,2)7．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝eq\f(h,p)，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起，已知|p1|<|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为________．【解析】由动量守恒p2－p1＝(m1＋m2)v知，即eq\f(h,λ2)－eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ)，所以λ＝eq\f(λ1λ2,λ1－λ2).【答案】eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)8．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＝×10－27kg，普朗克常量h＝×10－34J·s，求德布罗意波长λ＝×10－10【解析】根据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)可算出中子动量大小，再由p2＝2mEk，即可算出热中子的动能．由λ＝eq\f(h,p)，p2＝2mEk，得Ek＝eq\f(h2,2mλ2)，代入数据，有Ek＝×10－21J.【答案】×10－21J[能力提升]9．2023年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源．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E＝________，p＝________.【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).【答案】eq\f(hc,λ)eq\f(h,λ)10．利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为hA．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显E．若用相同动能的中子代替电子，衍射现象将不如电子明显【解析】得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波波长公式λ＝eq\f(h,p)，而动量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，两式联立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正确；从公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C错误；用相同动能的质子或中子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故D错误E正确．【答案】ABE11．如图17­3­3所示为证实电子波存在的实验装置，从F上出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U＝104V，电子质量为m＝×10－31kg，普朗克常量h＝×10－34J·s.电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金箔上，发生衍射作用，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹．试计算电子的德布罗意波长.【导学号：66390021图17­3­3【解析】根据动能定理有eU＝eq\f(1,2)mv2根据动能和动量的定义式有Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(mv2,2m)＝eq\f(p2,2m)以上两式与λ＝eq\f(h,p)联立，得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，代入数据可得λ≈×10－11m.【答案】×10－11m12．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，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%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m.(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p＝eq\f(h,λ))；(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？【导学号：66390022】【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＝eq\f(h,λ)，所以F＝eq\f(2nSh,λ)由牛顿第二定律可得飞船加速度的