1、117.3 粒子的波动性课后提升作业【基础达标练】1.(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是 ( )A.光的干涉和衍射B.光的干涉和光电效应C.光的衍射和康普顿效应D.光电效应和康普顿效应【解析】选 B、C。光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性,B、C 正确。2.(2018杭州高二检测)有关光的本性,下列说法中正确的是 ( )A.光具有波动性,又具有粒子性,这是相互矛盾和对立的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,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具
2、有波粒二象性【解析】选 D。光在不同条件下表现出不同的行为,其波动性和粒子性并不矛盾,A 错、D 对;光的波动性不同于机械波,其粒子性也不同于质点,B 错;大量光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性,C 错。3.(2018南京高二检测)根据爱因斯坦“光子说”可知,下列说法正确的是 ( )A.“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”B.光的波长越大,光子的能量越小C.一束单色光的能量可以连续变化D.只有光子数很多时,光才具有粒子性【解析】选 B。爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同,选项 A 错误。由 E=h可知选项 B 正确。一束单色光的能量不能连续变化,只能是单个光子能量的整数倍
3、,选项cC 错误。光子不但具有波动性,而且具有粒子性,选项 D 错误。24.2002 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 ,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 ( )A.E= ,p=0 B.E= ,p=h hC.E= ,p=0 D.E= ,p=h h h【解析】选 D。根据 E=h,且 = ,c= 可得 X 射线每个光子的能量为 E= ,每个光子h的动量为 p= 。h5.下列说法正确的是 ( )A.黑体辐射电磁波的强
4、度按波长的分布只与黑体的温度有关B.康普顿效应有力地证明了光具有波动性C.光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的D.普朗克提出了物质波的概念,认为一切物体都具有波粒二象性【解析】选 A。黑体辐射随着波长越短温度越高,则辐射越强,所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,故 A 正确;康普顿效应揭示了光具有粒子性,故 B 错误;波粒二象性是光的根本属性,与光子之间的相互作用无关,故 C 错误;德布罗意提出物质波,认为一切物体均有波粒二象性。故 D 错误。6.(2018无锡高二检测)电子显微镜的最高分辨率高达 0.2nm,如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微
5、镜的最高分辨率将 ( )A.小于 0.2nm B.大于 0.2nmC.等于 0.2nm D.以上说法均不正确【解析】选 A。显微镜的分辨能力与波长有关,波长越短其分辨能力越强,由 = 知,如果把质子加速到与电子相同的速度,质子的波长更短,分辨能力更高。【补偿训练】(多选)为了观察晶体的原子排列,可以采用下列方法:(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短,能防止发生3明显衍射现象,因此电子显微镜的分辨率高);(2)利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图样,进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是 ( )A.电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得
6、多B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小C.要获得晶体的 X 射线衍射图样,X 射线波长要远小于原子的尺寸D.中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当【解析】选 A、D。由题目所给信息“电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知,电子的物质波的波长比原子尺寸小得多,它的动量应很大,即速度应很大,A 正确,B 错误;由信息“利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知,中子的物质波或 X 射线的波长与原子尺寸相当,C 错误,D 正确。7.(多选)下列关于光的波粒二象性的说法中,正确的是 ( )A.光显示粒子性时是分立而不连续的,无波动性;光显示波动性
7、时是连续而不分立的,无粒子性B.光的频率越高,其粒子性越明显;光的频率越低,其波动性越明显C.光的波动性可以看作是大量光子运动的规律D.伦琴射线比可见光更容易发生光电效应,而更不容易产生干涉、衍射等物理现象【解析】选 B、C、D。我们既不能把光看成宏观现象中的波,也不能把光看成宏观现象中的粒子,光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,选项 A 错误;光的波动性和粒子性都与光的频率有关,随着频率的增大,波动性减弱而粒子性增强,选项 B 正确;大量光子表现出波动性,少量光子则表现出粒子性,选项 C 正确;伦琴射线的频率比可见光高,在真空中、空气中或在同一种介质中的伦琴射线的波长比可见光短
8、,因而更容易发生光电效应而更不容易观察到干涉和衍射现象,选项 D 正确。【总结提升】利用光的波粒二象性解题技巧(1)利用光的波粒二象性求解有关问题,要正确理解波粒二象性,粒子性的一面表现在光子具有能量 =h,动量 p= ,以及和其他物质作用时,显示光的粒子性的一面。h(2)波动性的一面表现在光传播时,频率越低、波长越长的光,波动性越显著,光的粒子性和波动性组成一个有机的整体,相互间并不独立存在。(3)在宏观现象中,波与粒子是对立的概念,而在微观世界中,波与粒子可以统一。光既不是4宏观概念的波,也不同于宏观概念的粒子。8.(2018东莞高二检测)如图所示为证实电子波存在的实验装置,从 F 上漂出
9、的热电子可认为初速度为零,所加加速电压 U=104V,电子质量为 m=0.9110-30kg。电子被加速后通过小孔K1和 K2后入射到薄的金膜上,发生衍射,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。【解析】电子加速后的动能 Ek= mv2=eU,电子的动量 p=mv= = 。由 = 知 = ,h2代入数据得 1.2310 -11m。答案:1.2310 -11m9.如果一个中子和一个质量为 10g 的子弹都以 103m/s 的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多大?(中子的质量为 1.6710-27kg)【解题指南】(1)物体或粒子的动量 p 与质量 m、运动速度 v
10、之间的关系是 p=mv。(2)德布罗意波长 与物体的动量 p、普朗克常量 h 之间的关系是 = 。【解析】中子的动量为 p1=m1v,子弹的动量为 p2=m2v,据 = 知中子和子弹的德布罗意波长分别为 1= , 2= ,h1 h2联立以上各式解得:5 1= , 2=将 m1=1.6710-27kg,v=1103m/s,h=6.6310-34Js,m2=1.010-2kg代入上面两式可解得: 1=4.010-10m, 2=6.6310-35m。答案:4.010 -10m 6.6310 -35m【能力提升练】1.有关光的本性的说法中正确的是 ( )A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提
11、出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,他们都圆满地说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指:光既可以看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性D.在光的双缝干涉实验中,如果光通过双缝时显示波动性,如果光只通过一个缝时显示粒子性【解析】选 C。牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样,惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同,这两种观点是相互对立的,都不能说明光的本性,所以 A、B 错,C 正确;在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明暗均匀的条纹。当让光子一个一个地通过单缝时,曝光时间短时表现出粒子性,曝出时间长时表现出波动性,因此
12、 D 错误。2.(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为 1MHz 的无线电波的波长,由表中数据可知 ( )质量/kg 速度/(ms -1) 波长/m弹子球 210-2 1.010-2 3.310-30电子(100eV) 9.010-31 5.0106 1.410-10无线电波(1MHz)3.0108 3.3102A.要检测弹子球的波动性几乎不可能B.无线电波通常情况下表现出波动性C.电子照射到金属晶体上能观察到波动性6D.只有可见光才有波动性【解析】选 A、B、C。弹子球的波长相对太小,所以检测其波动性几乎不可能,A 对;无线电波波长较长,所以通常表现为波动性,B
13、对;电子波长与金属晶体尺度差不多,所以能利用金属晶体观察电子的波动性,C 对;由物质波理论知,D 错。【补偿训练】关于物质波,下列说法中正确的是 ( )A.速度相等的电子和质子,电子的波长大B.动能相等的电子和质子,电子的波长小C.动量相等的电子和中子,中子的波长小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【解析】选 A。由 = 可知,动量大的波长小。电子与质子的速度相等时,电子动量小,波长长。电子与质子动能相等时,由动量与动能的关系式:p= 可知,电子的动量小,波长长。动量相等的电子和中子,其波长应相等。如果甲、乙两电子的速度远小于光速,甲的速度是乙的三倍,甲的动量也
14、是乙的三倍,则甲的波长应是乙的 。133.质量为 60kg 的运动员,百米赛跑的成绩为 10s,试估算运动员的德布罗意波长(保留一位有效数字)。【解析】因为是估算题,可认为运动员匀速运动,速度 v=10m/s。由公式 = 知运动员的德布罗意波长= m110 -36m。答案:110 -36m4.(2018桂林高二检测)电子经电势差为 U=220V 的电场加速,在 vW0,所以能发生光电效应。(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能Ek=h-W 0=1.610-19J而光电子的最大动量 p= ,则光电子的德布罗意波长的最小值 min= = m1.210 -9m。 h答案:(1)能 (2)1.210 -9m
