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第三节 粒子的波动性

上传时间: 2014-08-23

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 第三节 粒子的波动性

一、选择题(本题包括10小题,每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分,共40分)
1.关于光的波粒二象性,正确的说法是(     ) 
A.光的频率愈高,光子的能量愈大,粒子性愈显著
B.光的波长愈长,光子的能量愈小,波动性愈明显
C.率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性
2.有关光的本性的说法正确的是(     )
A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性
B.光具有波粒二象性是指:既可以把光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出波动性,如果光只通过一个缝时显出粒子性
3.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm,如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将(    )
A.小于0.2 nm
B.大于0.2 nm
C.等于0.2 nm
D.以上说法均不正确
4.下列说法中正确的是(    )
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波和它对应,这种波叫物质波
D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性
5.下列说法正确的是(    )
A.光子和电子一样,都是实物粒子
B.光子和电子都能发生衍射现象
C.光子和电子均是微观实物粒子,均具有波粒二象性
D.光子具有波粒二象性,电子只具有粒子性
6.下列现象中能说明光具有粒子性的是(    )
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和衍射
C.光的反射和光的折射
D.康普顿效应和光电效应
7.(江苏高考)在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量=1.67×10-27 kg,普朗克常量=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波长=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为(    )
A.10-17 J          B.10-19 J
C.10-21 J          D.10-24 J
8.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有个频率为的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(为普朗克常量)(     )
A.             B.
C.            D.
9.关于物质波,以下说法正确的是(    )
A.任何运动物体都具有波动性
B.湖面上形成的水波就是物质波
C.通常情况下,质子比电子的波长长
D.核外电子绕核运动时,并没有确定的轨道
10.关于物质波,下列认识错误的是(    )
A.任何运动的物体(质点)都伴随一种波,这种波叫物质波
B. X射线的衍射实验,证实了物质波假设是正确的
C.电子的衍射实验,证实了物质波假设是正确的
D.宏观物体尽管可以看做物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象
 
二、填空题(本题共2小题,每小题6分,共12分.请将正确的答案填到横线上)
11.电子经电势差为=200 V的电场加速,在的情况下,此电子的德布罗意波长为        .
12.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波波长是乙质子的        ,同样速度的质子和电子相比,       的德布罗意波波长大.
三、计算与简答题(本题共4小题,共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)质子和电子分别以速度=4.0×107 m/s运动,试比较它们的物质波的波长.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14.(10分)一个带电荷量为元电荷的粒子,经206 V的加速电压由静止加速后,它的德布罗意波长为0.002 nm,试求这个粒子的质量.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15.(14分)根据光子说光子的能量,我们还知道物体能量,频率=5×1014 Hz的光子具有的动量是多少?一电子的动量与该光子相同,该电子的运动速度是多少?该电子物质波的波长是多少?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16.(14分)质量为10 g ,速度为300 m/s在空中飞行的子弹,其德布罗意波波长是多少?为什么我们无法观察出其波动性?如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性,我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进,在空间中描绘出正弦曲线或其周期性曲线?为什么?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第三节 粒子的波动性  答题纸
                       得分:         
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

答案











二、填空题
11.                   12.                              
三、计算与简答题
13
 
 
 
 
 
 
 
14.
 
 
 
 
 
 
 
15
 
 
 
 
 
 
 
16.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第三节 粒子的波动性  参考答案
一、选择题
1. ABD  解析:干涉、衍射现象表明光具有波动性,光电效应现象表明光具有粒子性,因此任何光都具有波粒二象性,选项C错误.但波长越长、频率愈低的光波,干涉和衍射愈容易发生,波动性愈显著.频率愈高、光子的能量越大,愈容易发生光电效应,粒子性愈显著.故选项A、B正确.让光子一个一个的通过双缝,曝光时间短时,底片上呈现不规则分布的点子,曝光时间长时,底片上呈现清晰的干涉条纹,这个实验表明,个别光子的行为显示粒子性,大量光子产生的效果显示波动性,故选项D正确.
2. C  解析: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错误,C正确.在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明暗均匀的条纹,单缝出现中央亮而宽、周围暗而窄的条纹,都说明光的波动性.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,曝光时间长时显出波动性,因此D错误.
3. A  解析: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.
4.C解析:实物粒子也具有波动性,这种与实物粒子相联系的波称为物质波,机械波是由于物体的振动在介质中传播形成的,物质波不是机械波,选项A错误;实物粒子也有波动性,故选项B错误; C.任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波和它对应,这种波叫物质波,选项C正确;宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,是因为宏观粒子的波长短,衍射或干涉现象不明显,选项D错误. 
5. B  解析:光子不是实物粒子,微观粒子也具有波动性,故B项正确,A、C、D项错误.
6.D解析:光的折射、光的干涉和衍射说明光具有波动性,光的色散、康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性,光的反射即能体现光的波动性也能体现光的粒子性,故选项A、B、 C错误,选项D正确.
7. C  解析:据;
即,代入数据可得动能数量级为10-21 J,故C项正确.
8.C  解析:单个光子的能量为,所以个光子的总能量为.
9.AD  解析:任何运动物体都具有波动性,A正确.湖面上形成的水波是机械波不是物质波,B错.电子的动量比质子的动量往往要小一些,由知,电子的德布罗意波长要长,C错.由于电子的波动性,核外电子绕核运动不可能有确定的轨道,D正确.
10.BD  解析:X射线衍射实验验证X射线是电磁波,B错误,宏观物体物质波也具有干涉、衍射现象,只不过现象不明显,D错误.
二、填空题
11. 8.70×10-2 nm  
解析:已知
所以
 nm
如=200 V,则= nm= nm=8.70×10-2 nm.
12.   电子  
解析:知波长与速度成反比,,,
由知电子质量小波长长.
三、计算与简答题
13.电子的波长大于质子的波长
解析:根据物质波公式
对于电子: kg·m/s
对于质子: kg·m/s
可得 m=1.8×10-11 m
 m=1.0×10-14 m
由计算可知,电子的德布罗意波的波长大于质子的德布罗意波的波长.
14.1.67×10-27 kg
解析:粒子加速后获得的动能为
粒子的物质波的波长
粒子的动量
以上各式联立得  kg=1.67×10-27 kg.
15. 1.1×10-27 kg·m/s  1.2×103 m/s  6.0×10-7 m
解析:对光子,能量,动量,故得
 kg·m/s
≈1.1×10-27 kg·m/s.
设电子质量为,速度为,动量为,则

依题知.
以上三式联立得到电子的速度大小为
 m/s≈1.2×103 m/s.
电子物质波的波长
m≈6.0×10-7 m.
16.2.2×10-34 m  其他问题见解析
解析:根据德布罗意的观点,任何运动着的物体都有一种波和它对应,飞行的子弹必有一种波与之对应.由于子弹的德布罗意波波长极短,我们不能观察到其衍射现象.即使采用特殊方法观察,由于德布罗意波是一种概率波,仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律,而非粒子的曲线运动.由波长公式可得
 m=2.21×10-34 m.
因子弹的德布罗意波波长太短,无法观察到其波动性.不会看到这种现象,因德布罗意波是一种概率波,粒子在空间出现的概率遵从波动规律,而非宏观的机械波,更不是粒子做曲线运动.
 
 
 
 
 
 

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