（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十七章 波粒二象性 第3節(jié) 粒子的波動(dòng)性課時(shí)作業(yè) 新人教版選修3-5.doc

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第十七章　第三節(jié)　 粒子的波動(dòng)性 基礎(chǔ)夯實(shí) 一、選擇題(1～4題為單選題，5、6題為多選題) 1．能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　A　) A．光的干涉、衍射現(xiàn)象和光電效應(yīng) B．光的反射與小孔成像 C．光的折射與偏振現(xiàn)象 D．光的干涉、衍射與光的色散 解析：小孔成像說(shuō)明光沿直線傳播，選項(xiàng)C、D說(shuō)明光的波動(dòng)性，故選項(xiàng)A正確。 2．對(duì)于光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是(　D　) A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子 B．光波與機(jī)械波是同樣的一種波 C．光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的 D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性 解析：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過(guò)雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動(dòng)性。粒子性和波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)。 3．(吉林省長(zhǎng)春十一中2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期期中)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性，下列事實(shí)中突出體現(xiàn)粒子性的是(　B　) A．電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣 B．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān) C．人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu) D．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 解析：電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，不能突出表現(xiàn)出粒子性，故A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，故B正確；用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說(shuō)明具有波動(dòng)性，故C錯(cuò)誤；人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說(shuō)明具有波動(dòng)性，故D錯(cuò)誤。 4．(寧夏石嘴山三中2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期月考)關(guān)于物質(zhì)波，下列說(shuō)法正確的是(　A　) A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長(zhǎng)長(zhǎng) B．動(dòng)能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長(zhǎng)短 C．動(dòng)量相等的電子和中子，中子的波長(zhǎng)短 D．甲電子速度是乙電子的3倍，甲電子的波長(zhǎng)也是乙電子的3倍 解析：由λ＝＝＝易判選項(xiàng)A正確。 5．頻率為ν的光子，德布羅意波長(zhǎng)為λ＝，能量為E，則光的速度為(　AC　) A． B．pE C． D． 解析：根據(jù)c＝λν，E＝hν，λ＝，即可解得光的速度為或。 6．根據(jù)愛(ài)因斯坦“光子說(shuō)”可知，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　ACD　) A．“光子說(shuō)”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說(shuō)” B．光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越小 C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化 D．只有光子數(shù)很多時(shí)，光才具有粒子性 解析：愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”與牛頓的“微粒說(shuō)”本質(zhì)不同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由E＝h可知選項(xiàng)B正確。一束單色光的能量不能是連續(xù)變化，只能是單個(gè)光子能量的整數(shù)倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。光子不但具有波動(dòng)性，而且具有粒子性，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、非選擇題 7．如圖所示為證實(shí)電子波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，從燈絲F上漂出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U＝104V，電子質(zhì)量為m＝0.9110－30kg。電子被加速后通過(guò)小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。試計(jì)算電子的德布羅意波長(zhǎng)。 答案：1.2310－11m 解析：電子加速后的動(dòng)能EK＝mv2＝eU，電子的動(dòng)量p＝mv＝＝。 由λ＝知，λ＝，代入數(shù)據(jù)得λ≈1.2310－11m。 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4～5題為多選題) 1．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2nm，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將(　A　) A．小于0.2nm B．大于0.2nm C．等于0.2nm D．以上說(shuō)法均不正確 解析：顯微鏡的分辨能力與波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越短其分辨率能力越強(qiáng)，由λ＝知，如果把質(zhì)子加速到與電子相同的速度，質(zhì)子的波長(zhǎng)更短，分辨能力更高。 2．如圖所示，弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成亮暗相間的條紋，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)不能證明(　B　) A．光具有波動(dòng)性 B．從鋅板上逸出帶正電的粒子 C．光能發(fā)生衍射 D．光具有波粒二象性 解析：該題巧妙地把光的衍射和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)綜合在一起，解題時(shí)應(yīng)從光的衍射、光電效應(yīng)、光的波粒二象性知識(shí)逐層分析，逸出的光電子應(yīng)帶負(fù)電。 3．(河北衡水中學(xué)2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期調(diào)研)利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)加速，然后讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m、電量為e、初速度為零，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說(shuō)法中不正確的是(　D　) A．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明電子具有波動(dòng)性 B．實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波長(zhǎng)為λ＝ C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越不明顯 D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯 解析：實(shí)驗(yàn)得到了電子的衍射圖樣，說(shuō)明電子這種實(shí)物粒子發(fā)生了衍射，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，故A正確；由動(dòng)能定理可得，eU＝mv2－0，電子加速后的速度v＝，電子德布羅意波的波長(zhǎng)λ＝，故B正確；由上式可知，加速電壓U越大，波長(zhǎng)越短，衍射現(xiàn)象越不明顯，故C正確；物體動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系是p＝，由于質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量，所以動(dòng)能相同的質(zhì)子的動(dòng)量遠(yuǎn)大于電子的動(dòng)量，由λ＝可知，相同動(dòng)能的質(zhì)子的德布羅意波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于電子德布羅意波的波長(zhǎng)，越長(zhǎng)越小，衍射現(xiàn)象越不明顯，故D錯(cuò)誤；本題要求選錯(cuò)誤的，故選D。 4．為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法： (1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高)；(2)利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列，則下列分析中正確的是(　AD　) A． 電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多 B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小 C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸 D．中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng) 解析：由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多，A項(xiàng)正確；由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 5．下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1MHz的無(wú)線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知(　ABC　) 質(zhì)量/kg 速度/(ms－1) 波長(zhǎng)/m 彈子球 2.010－2 1.010－2 3.310－30 電子 9.110－31 5.0106 1.210－10 無(wú)線電波(1 MHz) 3.0108 3.0102 A．要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能 B．無(wú)線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性 C．電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性 D．只有可見(jiàn)光才有波動(dòng)性 解析：由于彈子球德布羅意波長(zhǎng)極短，故很難觀察其波動(dòng)性，而無(wú)線電波波長(zhǎng)為3.0102m，所以通常表現(xiàn)出波動(dòng)性，很容易發(fā)生衍射，而金屬晶體的晶格線度大約是10－10m數(shù)量級(jí)，所以波長(zhǎng)為1.210－10m的電子可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。故選A、B、C。 二、非選擇題 6．已知銫的逸出功為1.9eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.310－7m的入射光照射金屬銫。 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)？ (2)若能發(fā)生光電效應(yīng)，求光電子的德布羅意波波長(zhǎng)最短為多少。(電子的質(zhì)量為m＝0.9110－30kg) 答案：(1)能　(2)1.210－9m 解析：(1)入射光子的能量E＝hν＝h＝6.62610－34eV≈2.9eV。由于E＝2.9eV>W0，所以能發(fā)生光電效應(yīng)。 (2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能 Ek＝hν－W0＝1.610－19J 而光電子的最大動(dòng)量p＝，則光電子的德布羅意波波長(zhǎng)的最小值 λmin＝＝m≈1.210－9m。