2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性45概率波不确定性关系课时作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE4概率波不确定性关系时间：45分钟一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)1．关于光的本性，下列说法正确的是(C)A．波动性和粒子性是相互冲突和对立的，因此光具有波粒二象性是不行能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性解析：由光的波粒二象性可知：光是同时具有波动性和粒子性的，但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同状况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去说明光的全部行为，只能认为光具有波粒二象性．事实上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性．综上所述选项C正确．2．关于电子的运动规律，以下说法正确的是(C)A．电子假如表现出粒子性，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．电子假如表现出粒子性，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C．电子假如表现出波动性，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．电子假如表现出波动性，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解析：由于电子是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵从牛顿运动定律，所以选项A、B错误；大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，但可确定电子在某点旁边出现的概率且遵循波动规律，选项C正确，D错误．3．经150V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，已知电子质量me＝9.0×10－31kgA．全部电子的运动轨迹均相同B．全部电子到达屏上的位置坐标均相同C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置解析：电子束穿过铝箔时发生衍射，受波动规律支配不行能同时精确地知道电子的位置和动量，不行能用“轨迹”来描述电子的运动，所以A、B、C均错误，D正确．4．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是(D)A．电子在空间做匀速直线运动B．电子上下左右抖动着前进C．电子运动轨迹是正弦曲线D．无法预言它的路径解析：依据概率波的学问可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能依据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D正确．5．对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是(D)A．不受外力作用时间子就会做匀速运动B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其随意时刻的速度D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律解析：光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；依据概率波、不确定性关系可知，选项C错误，故选D.6．如图所示是一个粒子源，产生某种微观粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到(B)A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹解析：由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以B正确．7．关于光的性质，下列叙述中正确的是(BC)A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越简单看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．假如让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格依据相同的轨迹和方向做匀速直线运动解析：光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；频率越低，波动性越显著．个别光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．8．下列对物理模型和物理现象的关系理解正确的是(BD)A．物理模型应与日常阅历相吻合，并能说明物理现象B．物理模型可以与日常阅历相悖，但应与试验结果一样C．物理模型不能特别怪异，让人难以理解D．只要物理模型与试验结果一样，它在肯定范围内就能正确代表探讨的对象解析：建立物理模型的目的就是能说明物理现象，与试验结果符合，而不是符合人的日常阅历，B、D正确．9．依据不确定性关系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)，推断下列说法正确的是(AD)A．实行方法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降B．实行方法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关解析：不确定性关系表明无论采纳什么方法试图确定Δx和Δp中的一个，必定引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不行能逾越不确定性关系所给出的不确定限度．故A、D正确．二、非选择题10．质量为10g的子弹，以300m/s的速度射向靶子，试计算此子弹位置不确定性的范围．(设其动量的不确定范围为0.02%)答案：大于或等于8.8×10－32解析：Δp＝mv×0.02%＝10×10－3×300×0.02×10－2kg·m·s＝6×10－4kg·m·s由Δx·Δp≥eq\f(h,4π)知，子弹位置的不确定性的范围是Δx≥eq\f(h,4π·Δp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×6×10－4)m＝8.8×10－32m.11．质量为10g的子弹与电子的速率相同，均为500m/s，其测量精确度为0.01%，若位置和速率在同一试验中同时测量，则它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为9.1×10－31kg答案：1.06×10－31m1.16×10－解析：测量精确度即速度的不确定量，故子弹、电子的速度不确定量均为Δv＝0.05m/s，子弹动量的不确定量Δp1＝m1Δv＝5×10－4kg电子动量的不确定量Δp2＝m2Δv＝4.55×10－32kg由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)得，子弹位置的最小不确定量Δx1＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×5×10－4)m≈1.06×10－31m.电子位置的最小不确定量Δx2＝eq\f(6.626×10－34,4×3.14×4.55×10－32)m≈1.16×10－3m.12．20世纪20年头，剑桥高校的学生G·泰勒做了一个试验：在一个密闭的箱子里放上小灯泡、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特别微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子四周才出现特别清楚的衍射条纹，泰勒对这张照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13J．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)(1)假如起作用的光波波长约为500nm，计算从一个光子到来至下一个光子到来所相隔的平均时间，以及光束中两相邻光子之间的平均距离．(2)假如当时试验中用的箱子长为1.2m，依据(1)的计算结果，能否找到光是概率波的证据？答案：(1)8.0×10－7s2.4×102解析：(1)波长λ＝500nm的光子能量为ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,500×10－9)J＝4.0×10－19Jn＝eq\f(E,ε)＝eq\f(5×10－13,4×10－19)＝1