学年高中物理第十七章波粒二象性概率波不确定性关系课后巩固训练新人教版选修

PAGE17.4-17.5概率波不确定性关系[基础达标练]1．实验表明电子也有波粒二象性，通常电子的粒子性比光强，故电子的波长比光的波长更短，电子和光相比，我们()A．更容易观察到明显的衍射现象和干涉现象B．不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象C．不容易观察到明显的衍射现象，但容易观察到干涉现象D．更容易观察到明显的衍射现象，但不容易观察到干涉现象答案B解析波动性越强越容易观察到明显的衍射和干涉，电子的波长比光的波长更短，则不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象，故B项正确。2．有关光的本性，下列说法中正确的是()A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案D解析光既具有粒子性，又具有波动性，并不是矛盾和对立的，故A错误；光是概率波，不同于机械波；光的粒子性也不同于质点，故B错误；光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C错误；由于光具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，故光具有波粒二象性，故D正确。3．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．光波是一种物质波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答案C解析光波是一种电磁波，故A错误；衍射现象是一切波的性质特性，X射线是原子的内层电子受激发而发出一种电磁波，不是物质波，故B选项错误；电子是实物粒子，衍射是波特有的，所以电子束的衍射图样证实了德布罗意物质波的假设是正确的，故C选项正确；宏观物体由于动量很大，德布罗意波波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍然具有波动性，故D选项错误。4．如图所示，弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成亮暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验不能证明()A．光具有波动性B．从锌板上逸出带正电的粒子C．光能发生衍射D．光具有波粒二象性答案B解析在锌板形成明暗相间的条纹，证明光发生了衍射，也说明了光具有波动性，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，证明了光电效应的发生，说明了光粒子性的一面，因此，证明了光具有波粒二象性。5．(多选)有关经典物理学中的粒子，下列说法正确的是()A．有一定的大小，但没有一定的质量B．有一定的质量，但没有一定的大小C．既有一定的大小，又有一定的质量D．有的粒子还有一定量的电荷答案CD解析根据经典物理学关于粒子的理论定义得C、D正确。6．(多选)下列说法正确的是()A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动B．微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C．微观粒子的位置和动量不能同时准确确定D．微观粒子的位置和动量能同时准确确定答案AC解析由不确定性关系知，微观粒子的动量和位置不能同时准确确定，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故A、C正确，B、D错误。7．(多选)下列各种波是概率波的是()A．声波 B．无线电波C．光波 D．物质波答案BCD解析声波是机械波，A错误。无线电波、光波是电磁波，电磁波和物质波均为概率波，故B、C、D正确。[题组通关练]8．(1)(多选)光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，下列叙述正确的是()A．单缝宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越大的缘故B．单缝宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小的缘故C．单缝窄，中央亮纹宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越小的缘故D．单缝窄，中央亮纹宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大的缘故(2)一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围是0.01%，我们确定该电子位置时，有多大的不确定范围？(电子质量为9.1×10－31kg，普朗克常量为6.63×10－34J·s)答案(1)BD(2)2.90×10－3m解析(1)由粒子位置不确定量Δx与粒子动量不确定量Δp的不确定性关系：ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知，单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小，所以光沿直线传播，B正确；单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大，所以中央亮纹越宽，D正确。(2)由不确定性关系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)知，电子位置的不确定范围Δx≥eq\f(h,4πΔp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×9.1×10－31×200×0.01%)m≈2.90×10－3m。9．(1)关于电子的运动规律，以下说法正确的是()A．电子如果表现粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律B．电子如果表现粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动一定遵循牛顿运动定律C．电子如果表现波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律D．电子如果表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律(2)20世纪20年代，剑桥大学学生G·泰勒做了一个实验。在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示。小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹，泰勒对这张照片的平均黑度进行了测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13J。①假定起作用的光波波长约为500nm，计算从一个光子到来和下一个光子到来所相隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离；②如果当时实验用的箱子长为1.2m，根据①的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？答案(1)C(2)①8.0×10－7s2.4×102m②见解析解析(1)电子表现出粒子性，可以近似用轨迹描述其运动，其运动速度远小于光速时遵循牛顿运动定律，A、B错误；电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，可确定电子在某点附近出现的概率，且概率遵循波动规律，C正确，D错误。(2)①对于λ＝500nm的光子能量为ε＝hν＝h·eq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J≈4×10－19J。因此每秒到达底片的光子数为n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1.25×106。如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是Δt＝eq\f(1s,n)＝eq\f(1s,1.25×106)＝8.0×10－7s。两相邻光子间平均距离为s＝cΔt＝3.0×108×8.0×10－7m＝2.4×102m。②由①的计算结果可知，两