2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波动性课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE5粒子的波动性时间：45分钟一、选择题(1～5为题单选，6～8为题多选)1．关于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是(D)A．不仅光子具有波粒二象性，一切物体的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨迹C．波动性和粒子性，在宏观现象中是冲突的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：光具有波粒二象性是微观世界具有的特别规律，大量光子运动的规律表现出的光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显．光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波长太小，实际很难视察到波动性，并不是不具有波粒二象性，故A、B、C正确，D错误，故选D.2．关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是(B)A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明白光的粒子性C．光的波动性和粒子性是相互冲突的，无法统一D．以上说法均错误解析：爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在肯定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，C错．3．我们能够感知光现象，是因为我们接收到了肯定能量的光，则下列说法正确的是(B)A．一个频率是106Hz的光子能量比一个频率为6×1014Hz的光子的能量大B．低频电磁波的波动性显著，而高频电磁波的粒子性显著C．一个频率为1018Hz的光子能量是一个频率为6×1014Hz的光子能量的104倍D．一个频率为6×1014Hz的光子能量是一个频率为1018Hz的光子能量的104倍解析：依据光子能量公式ε＝hν知，一个频率是106Hz的光子能量比一个频率为6×1014Hz的光子的能量小，故A错误；频率越低的电磁波波长越长，波动性显著，而高频电磁波的粒子性显著，故B正确；依据光子能量公式ε＝hν知，光子的能量与其频率成正比，则一个频率为1018Hz的光子能量是一个频率为6×1014Hz的光子能量的eq\f(1018,6×1014)＝eq\f(1,6)×104倍，故C错误；一个频率为6×1014Hz的光子能量是一个频率为1018Hz的光子能量的eq\f(6×1014,1018)＝6×10－4倍，故D错误．4．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构，为满意测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为eq\f(d,n)，其中n>1，已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为(D)A.eq\f(n2h2,med2) B.eq\f(1,3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(nd2h2,n2e3)))C.eq\f(d2h2,2men2) D.eq\f(n2h2,2med2)解析：由德布罗意波长λ＝eq\f(h,p)知，p是电子的动量，则p＝mv＝eq\r(2meU)，而λ＝eq\f(d,n)，代入得U＝eq\f(n2h2,2med2).故选项D正确．5．对光的相识，以下说法正确的是(D)A．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性B．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，故A错误．光既有波动性，也具有粒子性，而且光的波动性和粒子性并不冲突，故B错误．光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显与否，不简单视察并不说明不具有，故C错误．波动性和粒子性是光在不同状况下的不同表现，是同一物质的两个不同侧面、不同属性，我们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，故D正确．6．关于光的本性，下列说法正确的是(AB)A．光子说并没有否定光的电磁说B．光电效应现象反映了光的粒子性C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的D．大量光子产生的效果体现为粒子性，个别光子产生的效果体现为波动性解析：光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性与牛顿的微粒说和惠更斯的波动说不同，体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能说明光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的．7．下列说法中正确的是(CD)A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论C．光子说并没有否定电磁说，光子的能量ε＝hν，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性D．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性解析：爱因斯坦的光子说与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性，故A错误；麦克斯韦依据电磁理论，认为光是一种电磁波，光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征，故B错误，C正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故D正确．8．关于光的波粒二象性的理解正确的是(AD)A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析：光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，A正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C错误．二、非选择题9．金属晶体中晶格大小的数量级是10－10m．电子经加速电场加速，形成电子束，电子束照耀该金属晶体时，获得明显的衍射图样．问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量为e＝1.6×10－19C，质量为m＝0.91×10－30kg)答案：151V解析：据发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象．设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2，据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长为λ＝eq\f(h,p)，其中p＝mv，联立可得U＝eq\f(h2,2emλ2)≈151V.10．已知铯的逸出功为1.9eV，现用波长为4.3×10－7m的入射光照耀金属铯．(1)能否发生光电效应？(2)若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波长最短为多少？(电子的质量为m＝0.91×10－30kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C)答案：(1)能(2)1.2×10－9m解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.626×10－34×eq\f(3.0×108,4.3×10－7)×eq\f(1,1.6×10－19)eV≈2.9eV由于E＝2.9eV>W0，所以能发生光电效应．(2)依据光电效应方程可得光电子的最大初动能Ek＝hν－W0＝1.6×10－19J而光电子的最大动量p＝eq\r(2mEk)则光电子的德布罗意波长的最小值λmin＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.626×10－34,\r(2×0.91×10－30×1.6×10－19))m≈1.2×10－9m.11．科学家设想将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？答案：(1)eq\f(2nSh,mλ)(2)eq\f(nSh,mλ)解析：(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量改变量为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).由牛顿其次定律可得飞船加速度的表达式为a＝eq\f(F,m)＝eq\f(2nSh,mλ).(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳帆汲取)，光子动量改变量为p，故太阳帆上受到的光压力为F′＝eq\f(nSh,λ)，飞船的加速度a′＝eq\f(nSh,mλ).12．电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过结晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝eq\f(h,mv)，电子质量m＝9.1×10－31kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s.(1)计算具有100eV动能的电子的动量p和波长λ；(2)若一个静止的电子经2500V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比．答案：(1)5.4×10－24kg·m/s1.2×10－10m(2)5.0×10－10m21∶1解析：(1)p＝eq\r(2mE)≈5.4×10－