（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册课时分层作业15　粒子的波动性和量子力学的建立同步检测.doc

1、课时分层作业课时分层作业(十五十五)粒子的波动性和量子力粒子的波动性和量子力 学的建立学的建立 (建议用时：建议用时：25 分钟分钟) 考点一考点一对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解 1(多选多选)能说明光具有波粒二象性的实验是能说明光具有波粒二象性的实验是( ) A光的干涉和衍射光的干涉和衍射 B光的干涉和光电效应光的干涉和光电效应 C光的衍射和康普顿效应光的衍射和康普顿效应 D光电效应和康普顿效应光电效应和康普顿效应 BC光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性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光电效应和康普顿效应只说明光 具有粒子性具有粒子性，B、C

2、 正确。正确。 2(多选多选)关于光的波粒二象性的说法中关于光的波粒二象性的说法中，正确的是正确的是() A一束传播的光一束传播的光，有的光是波有的光是波，有的光是粒子有的光是粒子 B光子与电子是同样的一种粒子光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波光波与机械波是同样的一种波 C当光和物质相互作用时表现出粒子性当光和物质相互作用时表现出粒子性 D光在传播过程中表现出波动性光在传播过程中表现出波动性 CD光是一种波光是一种波，同时也是一种粒子同时也是一种粒子，光具有波粒二象性光具有波粒二象性，A 错误错误；当光和物质当光和物质 作用时作用时，是是“一份一份一份一份”的的，表现出粒子

3、性表现出粒子性，光的干涉光的干涉、衍射又说明光是一种波衍射又说明光是一种波，光既光既 不同于宏观的粒子不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波也不同于宏观的波，B 错误错误，C、D 正确。正确。 3(多选多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中， ，在光屏处放上照相在光屏处放上照相 底片底片，若减弱光的强度若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明实验结果表明，如果曝光时如果曝光时 间不太长间不太长，底片上只出现一些不规则的亮点底片上只出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长如果曝光时间足够长，底片上就

4、出现了规底片上就出现了规 则的干涉条纹则的干涉条纹，对这个实验结果对这个实验结果，下列认识正确的是下列认识正确的是() A曝光时间不长时曝光时间不长时，光子的能量太小光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的故出现不规则的 亮点亮点 B单个光子的运动表现出波动性单个光子的运动表现出波动性 C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D只有大量光子的行为才能表现出波动性只有大量光子的行为才能表现出波动性 CD光是一种概率波光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的是不确定的，但

5、概率最但概率最 大的是中央亮纹处大的是中央亮纹处，还可能落到暗纹处还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率很小不过落在暗纹处的概率很小(注意暗纹处并非注意暗纹处并非 无光子到达无光子到达)，故故 C、D 选项正确。故选选项正确。故选 CD。 4对于光的波粒二象性对于光的波粒二象性，下列说法正确的是下列说法正确的是() A一束传播的光一束传播的光，有的光是波有的光是波，有的光是粒子有的光是粒子 B光波与机械波是同样的一种波光波与机械波是同样的一种波 C光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 D光是一种波光是一种波，同时也是一种粒子同时也是一种粒子，光子说并

6、未否定电磁说光子说并未否定电磁说，在光子能量在光子能量h 中中，频率频率仍表示的是波的特性仍表示的是波的特性 D光是一种波光是一种波，同时也是一种粒子同时也是一种粒子，光具有波粒二象性光具有波粒二象性，A 错误错误；光波不同于机光波不同于机 械波械波，B 错误；光子的波动性是光子本身的一种属性错误；光子的波动性是光子本身的一种属性，不是光子间相互作用产生的不是光子间相互作用产生的，C 错误；光具有波粒二象性错误；光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的光的波动性与粒子性不是独立的，由公式由公式h可以看出二可以看出二 者是有联系的者是有联系的，光子说并没有否定电磁说光子说并没有否定电磁说，

7、D 正确。正确。 考点二考点二对物质波的理解对物质波的理解 5(多选多选)关于物质波关于物质波，下列认识正确的是下列认识正确的是() A任何运动的物体任何运动的物体(质点质点)都对应一种波都对应一种波，这种波叫物质波这种波叫物质波 BX 射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的 C电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的 D宏观物体尽管可以看成物质波宏观物体尽管可以看成物质波，但无法观察到其干涉但无法观察到其干涉、衍射等现象衍射等现象 ACD由德布罗意假说可判断选项由德布罗意假说可判断选项 A 正确正确； X 射线的衍射实

8、验证实了射线的衍射实验证实了 X 射线是波射线是波 长很短的电磁波长很短的电磁波，故选项故选项 B 错误；电子的衍射实验证实了电子具有波动性错误；电子的衍射实验证实了电子具有波动性，故选项故选项 C 正确；宏观物体对应的物质波的波长极短正确；宏观物体对应的物质波的波长极短，实验室无法进行实验实验室无法进行实验，选项选项 D 正确。正确。 6(多选多选)下列关于实物粒子的说法中正确的是下列关于实物粒子的说法中正确的是() A向前飞行的子弹不具有波动性向前飞行的子弹不具有波动性 B射击运动员之所以很难射中靶子射击运动员之所以很难射中靶子，是因为子弹具有波动性是因为子弹具有波动性 C子弹既具有粒子性

9、子弹既具有粒子性，又具有波动性又具有波动性 D子弹具有波动性子弹具有波动性，但波长很短表现不出来但波长很短表现不出来 CD运动的实物粒子具有波粒二象性运动的实物粒子具有波粒二象性，对子弹来说对子弹来说，其德布罗意波长很短其德布罗意波长很短，很难很难 表现出波动性表现出波动性，子弹的波动性对射击的准确性没有任何影响子弹的波动性对射击的准确性没有任何影响，故故 C、D 正确正确，A、B 错错 误。误。 7X 射线是一种高频电磁波射线是一种高频电磁波，若若 X 射线在真空中的波长为射线在真空中的波长为，以以 h 表示普朗克常表示普朗克常 量量，c 表示真空中的光速表示真空中的光速，以以 E 和和 p

10、 分别表示分别表示 X 射线每个光子的能量和动量射线每个光子的能量和动量，则则() AEh c ，p0BEh c ，ph c2 CEhc ，p0DEhc ，ph D根据根据 Eh，且且h p， ，c可得可得 X 射线每个光子的能量为射线每个光子的能量为 Ehc ，每个光子每个光子 的动量为的动量为 ph ， ，D 正确。正确。 8现用电子显微镜观测线度为现用电子显微镜观测线度为 d 的某生物大分子的结构的某生物大分子的结构，为满足测量要求为满足测量要求，将显将显 微镜工作时电子的德布罗意波长设定为微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d n， ，其中其中 n1，已知普朗克常量已知普朗克常量 h，电

11、子质量电子质量 m 和电子电荷量和电子电荷量 e，电子的初速度不计电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为则显微镜工作时电子的加速电压应为() A n2h2 med2 B md2h2 n2e3 1 3 C d2h2 2men2 D n2h2 2med2 D电子的动量电子的动量 pmv 2meU，而德布罗意波长而德布罗意波长h p d n， ，代入得代入得 U n2h2 2med2。 。 故选项故选项 D 正确。正确。 9已知铯的逸出功为已知铯的逸出功为 1.9 eV，现用波长为现用波长为 4.3 10 7 m 的入射光照射金属铯的入射光照射金属铯。问问： (1)能否发生光电效应？能否

12、发生光电效应？ (2)若能发生光电效应若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少求光电子的德布罗意波波长最短为多少。(电子的质量为电子的质量为 m 0.9110 30 kg) 解析解析(1)入射光子的能量入射光子的能量 Ehhc 6.62610 34 3.0108 4.310 7 1 1.610 19 eV2.9 eV。因为。因为 E2.9 eVW01.9 eV，所以能发生光电效应。所以能发生光电效应。(2)根据光电效应方根据光电效应方 程可得光电子的最大初动能程可得光电子的最大初动能 EkhW01.610 19 J，而光电子的最大动量而光电子的最大动量 p 2mEk，则光电子的德布

13、罗意波波长的最小值则光电子的德布罗意波波长的最小值 minh p 6.62610 34 20.9110 30 1.610 19 m1.210 9 m。 答案答案 (1)能能(2)1.210 9 m (建议用时：建议用时：15 分钟分钟) 10自然光做光源的光学显微镜的分辨率最高可以达到自然光做光源的光学显微镜的分辨率最高可以达到 200 nm，可以看到最小的可以看到最小的 细菌细菌，大多数的病毒比细菌小大多数的病毒比细菌小，光学显微镜就无能为力了光学显微镜就无能为力了，更别提看到更别提看到 10 10 m 大小的大小的 原子了原子了，由于光的衍射效应由于光的衍射效应，光学显微镜分辨率难以提升光

14、学显微镜分辨率难以提升。因为同样的情况下因为同样的情况下，波长越波长越 短衍射效应越不明显短衍射效应越不明显，为了提高分辨率为了提高分辨率，我们可以用波长更短的我们可以用波长更短的 X 射线射线，甚至用电子甚至用电子 束束，因为因为h p， ，当电子能量较高时当电子能量较高时，可以有短的波长可以有短的波长，目前透射电子显微镜目前透射电子显微镜(TEM)的分的分 辨率可以达到辨率可以达到 0.2 nm。关于显微镜下列说法正确的是关于显微镜下列说法正确的是() A用激光做光源也可以让光学显微镜的分辨率达到用激光做光源也可以让光学显微镜的分辨率达到 0.2 nm B透射电子显微镜的分辨率不受本身波长

15、衍射的限制透射电子显微镜的分辨率不受本身波长衍射的限制，可以任意提高分辨率可以任意提高分辨率 C透射电子显微镜中电子束虽然可以通过提高能量减小波长来减小衍射效应透射电子显微镜中电子束虽然可以通过提高能量减小波长来减小衍射效应，但但 电子显微镜的分辨率不能无限提高电子显微镜的分辨率不能无限提高 D如果显微镜用质子束替代电子束如果显微镜用质子束替代电子束，质子加速后和电子同样速度的情况下质子加速后和电子同样速度的情况下，质子质子 显微镜的分辨率比较低显微镜的分辨率比较低 C激光与自然光的波长相同激光与自然光的波长相同， 所以用激光做光源也不能让光学显微镜的分辨率达所以用激光做光源也不能让光学显微镜

16、的分辨率达 到到 0.2 nm，故故 A 错误；随着障碍物的减小错误；随着障碍物的减小，当障碍物的大小与电子束的波长相差不多当障碍物的大小与电子束的波长相差不多 时时，发生明显衍射发生明显衍射，故故 B 错误错误，C 正确；由公式正确；由公式 pmv，速度相同速度相同，由于质子的质量由于质子的质量 大于电子的质量大于电子的质量，所以质子的动量比电子的动量更大所以质子的动量比电子的动量更大，质子的波长比电子的波长更小质子的波长比电子的波长更小， 所以质子显微镜的分辨率比电子的分辨率更高所以质子显微镜的分辨率比电子的分辨率更高，故故 D 错误。错误。 11利用金属晶格利用金属晶格(大小约大小约 1

17、0 10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样作为障碍物观察电子的衍射图样， 方法是让电子方法是让电子 通过电场加速后通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样从而得到电子的衍射图样。已知电子质已知电子质 量为量为 m，电荷量为电荷量为 e，初速度为初速度为 0，加速电压为加速电压为 U，普朗克常量为普朗克常量为 h，则下列说法中正则下列说法中正 确的是确的是() A该实验说明了电子具有粒子性该实验说明了电子具有粒子性 B实验中电子束的德布罗意波波长为实验中电子束的德布罗意波波长为 h 2meU C加速电压加速电压 U 越大越大，电子的衍射现象越明显电

18、子的衍射现象越明显 D若用相同动能的质子替代电子若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显衍射现象将更加明显 B得到电子的衍射图样得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性说明电子具有波动性，A 错误错误；由德布罗意波波长公式由德布罗意波波长公式 h p， ，而动量而动量 p 2mEk 2meU，两式联立得两式联立得 h 2meU， ，B 正确正确；从公式从公式 h 2meU 可知可知，加速电压越大加速电压越大，电子的波长越小电子的波长越小，衍射现象就越不明显衍射现象就越不明显，C 错误错误；用相同动能的用相同动能的 质子替代电子质子替代电子，质子的波长变小质子的波长变小，衍射现象相比电子不明

19、显衍射现象相比电子不明显，D 错误。错误。 12已知普朗克常量为已知普朗克常量为 h2197 MeVfm/c，电子的质量为电子的质量为 me 0.51 MeV/c2，其其 中中 c3.0108m/s 为真空光速为真空光速，1 fm10 15 m，则动能为则动能为 1.0 eV 的自由电子的物质波的自由电子的物质波 长为长为e_m。具有如上波长的光子的能量为具有如上波长的光子的能量为 E_eV。(所填答案均保所填答案均保 留一位有效数字留一位有效数字) 解析解析动能为动能为 1.0 eV 的自由电子的物质波长为的自由电子的物质波长为 eh p h mev h 2meEk 110 9 m 具有如上

20、波长的光子的能量为具有如上波长的光子的能量为 Eh c e cpc 2meEk1103eV。 答案答案 110 9 1103 13科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每设该飞船所在地每 秒每单位面积接收到的光子数为秒每单位面积接收到的光子数为 n， 光子平均波长为光子平均波长为， 太阳帆面积为太阳帆面积为 S， 反射率反射率 100%， 设太阳光垂直射到太阳帆上设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为飞船总质量为 m。 (1)求飞船加速度的表达式求飞船加速度的表达式(光子动量光子动量 ph )； ； (2)若太阳帆是

21、黑色的若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？飞船的加速度又为多少？ 解析解析(1)光子垂直射到太阳帆上再反射光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为动量变化量为 2p， 设光对太阳帆的压力设光对太阳帆的压力 为为 F，单位时间打到太阳帆上的光子数为单位时间打到太阳帆上的光子数为 N，则则 NnS 由动量定理有由动量定理有 FtNt2p 所以所以 FN2p 而光子动量而光子动量 ph ， ，所以所以 F2nSh 由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为 aF m 2nSh m 。 (2)若太阳帆是黑色的若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳帆吸收被太阳帆吸收)，光子动量光子动量 变化量为变化量为 p，故太阳帆上受到的光压力为故太阳帆上受到的光压力为 FnSh ，飞船的加速度飞船的加速度 anSh m 。 答案答案 (1)2nSh m (2)nSh m