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

PAGE4-第4、5节概率波不确定性关系A组：合格性水平训练1．(对经典粒子的理解)(多选)有关经典物理学中的粒子，下列说法正确的是()A．有肯定的大小，但没有肯定的质量B．有肯定的质量，但没有肯定的大小C．既有肯定的大小，又有肯定的质量D．有的粒子还有肯定量的电荷答案CD解析依据经典物理学关于粒子的理论定义得C、D正确。2．(对光的本性的理解)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，这是相互冲突和对立的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，并不是冲突和对立的，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．(对概率波的理解)下列关于概率波的说法中，正确的是()A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D．在光的双缝干涉试验中，若有一个粒子，则可以确定它从其中的哪一个缝中穿过答案B解析概率波具有波粒二象性，因此，概率波不是机械波，A错误；对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波，B正确；概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但它们的本质不一样，C错误；在光的双缝干涉试验中，若有一个粒子，则它从哪个缝穿过有肯定概率，D错误。4．(对概率波的理解)试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．更简单视察到明显的衍射现象和干涉现象B．不简单视察到明显的衍射现象和干涉现象C．不简单视察到明显的衍射现象，但简单视察到干涉现象D．更简单视察到明显的衍射现象，但不简单视察到干涉现象答案B解析波动性越强越简单视察到明显的衍射和干涉，电子的波长比光的波长更短，则不简单视察到明显的衍射现象和干涉现象，故B正确。5．(概率波)(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。6．(不确定性关系)(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精确确定D．微观粒子的位置和动量能同时精确确定答案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精确确定，这也就确定了不能用“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．(不确定性关系的应用)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2.90×10－3m解析由不确定性关系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。B组：等级性水平训练8．(对概率波的理解)关于电子的运动规律，以下说法正确的是()A．电子假如表现粒子性，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．电子假如表现粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动肯定遵循牛顿运动定律C．电子假如表现波动性，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．电子假如表现波动性，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答案C解析电子表现出粒子性，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，可确定电子在某点旁边出现的概率，且概率遵循波动规律，C正确，D错误。9．(对概率波的理解)(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉试验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过双缝干涉试验装置的狭缝，假如时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉试验装置的狭缝，假如时间足够长，底片上将出现不规则点状图样C．大量光子的运动易显示出光的粒子性D．个别光子的运动易显示出光的粒子性答案AD解析单个光子运动具有不确定性，大量光子落点的概率分布遵循肯定规律，显示出光的波动性。使光子一个一个地通过双缝，假如时间足够长，底片上会出现明显的干涉图样，A正确，B、C错误；由光的波粒二象性知，个别光子的运动易显示出光的粒子性，D正确。10．(不确定性关系)(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说明，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越大的原因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越小的原因C．单缝窄，中心亮纹宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越小的原因D．单缝窄，中心亮纹宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大的原因答案BD解析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，所以中心亮纹越宽，D正确。11．(综合)20世纪20年头，剑桥高校学生G·泰勒做了一个试验。在一个密闭的箱子里放上小灯泡、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)假如当时试验用的箱子长为1.2m，依据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？答案(1)8.0×10－7s2.4×102m(2)见解析解析(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。假如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)