2019年高中物理第十七章波立二象性第3节粒子的波动性习题课件新人教版

答案：153 V
① ② ③
8．下列说法中正确的是(
)
A．光的干涉和衍射说明光具有波动性 B．光的频率越大，波长越长 C．光的波长越长，光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为 3.0×108 m/s
解析： 选 AD． 干涉和衍射现象是波的特性， 说明光具有波动性， 选项 A 正确；光的频率越大，波长越短，光子能量越大，故选 项 B、C 错误；光在真空中的传播速度为 3×108 m/s，故选项 D 正确．
A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
解析：选 AB．光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光 的粒子性解释，选项 A 正确，选项 C 错误；热中子束射到晶体 上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项 B 正确；由德布罗 h 意波长公式 λ＝ p 和 p2＝2mEk 知动能相等的质子和电子动量不 同，德布罗意波长不相等，选项 D 错误．
(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳 帆吸收)，光子动量变化量为 p，故太阳帆上受到的光压力为 F′ nSh nSh ＝ ，飞船的加速度 a′＝ . λ mλ
2nSh 答案：(1) mλ nSh (2) mλ
[课时作业] 一、单项选择题 1．关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B．光电效应现象说明了光的粒子性 C．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一 D．以上说法均错误 )
解析：选 B．爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一 定条件下光是体现粒子性的，A 错；光电效应说明光具有粒子 性，说明光的能量是一份一份的，B 对；光的波动性和粒子性 不是孤立的，而是有机的统一体，C 错．
2．下列说法正确的是(
)
A．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 B．光不具有波动性 C．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，只能认为光具有波粒二象性 D． 实物粒子和光子一样都具有波粒二象性， 所以实物粒子与光 子是相同本质的物质
h 解析：选 D．根据 E＝hν，且 λ＝p，c＝λν 可得 X 射线每个光 hc h 子的能量为 E＝ ，每个光子的动量为 p＝ ，故选 D． λ λ
5． 影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射， 衍射现象越明显， 分辨本领越低．使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本 领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显 微图象．以下说法正确的是( )
h h 解析：选 C．根据公式 λ＝ ＝ 可以判断选项 C 正确． p mv
二、多项选择题 7．下列说法中不正确的是( )
A．质量大的物体，其德布罗意波波长短 B．速度大的物体，其德布罗意波波长短 C．动量大的物体，其德布罗意波波长短 D．动能大的物体，其德布罗意波波长短
h 解析：选 ABD．根据公式 λ＝ 可以判断选项 C 正确，其余均 p 错误．
3．现用电子显微镜观测线度为 d 的某生物大分子的结构，为满 d 足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为n，其 中 n>1，已知普朗克常量 h、电子质量 m 和电子电荷量 e，电子 的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为( n2h2 A． med2 d2h2 C． 2men2
md2h21 B． n2e3 3
A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强 B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显 C． 如果加速电压相同， 则用质子流工作的显微镜比用电子流工 作的显微镜分辨本领强 D． 如果加速电压相同， 则用质子流工作的显微镜比用电子流工 作的显微镜分辨本领弱
解析：选 C．设加速电压为 U，电子电荷量为 e，质量为 m，则 1 2 p2 h h2 有 Ek＝ mv ＝eU＝ ， 又 p＝ ， 故 eU＝ ， 可得 λ＝ λ 2 2m 2mλ2 h2 . 2emU
对电子来说，加速电压越高，λ 越小，衍射现象越不明显，故选 项 A、B 错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得 多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨 本领强，故选项 C 正确，选项 D 错误．
6． 质量为 m 的粒子原来的速度为 v， 现将粒子的速度增大到 2v， 则描写该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( A．保持不变 C．变为原来波长的一半 B．变为原来波长的两倍 D．变为原来波长的 2倍 )
)
n2h2 D． 2med2
h 解析：选 D．由德布罗意波长 λ＝p知，p 是电子的动量，则 p d n2h2 ＝mv ＝ 2meU，而 λ＝ ，代入得 U＝ .故正确选项为 D． n 2med2
4．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， 设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为 到太阳帆上，飞船总质量为 m.
解析：选 C．光的波动性和光的粒子性不同于宏观的机械波和 粒子， 属于微观世界， A 错误； 光既具有波动性又具有粒子性， B 错误；光的波动性和粒子性是光的行为，即光具有波粒二象 性，C 正确；实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒 子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同，D 错误．
3．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也 相等的是( A．速度 C．动量 ) B．动能 D．总能量
第十七章
波粒二象性
第3节
粒子的波动性
[随堂检测] 1．(2017· 哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象 性的是( ) B．光的干涉和光的衍射 D．光的反射和光电效应
A．光的色散和光的干涉 C．泊松亮斑和光电效应
解析：选 C．光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据， 光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有 波动性或粒子性，故选项 C 正确．
h (1)求飞船加速度的表达式光子动量p＝ λ ；
(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？
解析：(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为 2p，设 光对太阳帆的压力为 F， 单位时间打到太阳帆上的光子数为 N， 则 N＝nS，由动量定理得 FΔt＝NΔt·2p，所以 F＝N· 2p，而光 h 2nSh 子动量 p＝ λ ，所以 F＝ λ . 由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为 F 2nSh a＝m＝ mλ .
h 解析：选 C．根据德布罗意波的波长公式 λ＝ 可知，如果电子 p 的德布罗意波长与中子相等，则电子与中子一定具有相同的动 量，故 C 项正确．
4．(2017· 昆明高二检测)X 射线是一种高频电磁波，若 X 射线在 真空中的波长为 λ， 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( hλ A．E＝ c ，p＝0 hc C．E＝ ，p＝0 λ hλ hλ B．E＝ c ，p＝ 2 c hc h D．E＝ ，p＝ λ λ )
三、非选择题 11．电子经电势差为 U＝220 V 的电场加速，在 v<c 的情况下， 求此电子的德布罗意波长．(已知：电子质量为 9.11×10 电子电荷量为 1.6×10－19 C)
1 2 解析：在电场作用下 mv ＝eU，得 v＝ 2 2eU ，根据德布罗意 m
－31
kg，
h h h 1.23 波长 λ＝p得 λ＝mv＝ ＝ nm，由于电压 U＝220 V， 2meU U 1.23 代入上式得 λ＝ nm＝8.29×10－2 nm＝8.29×10－11 m. 220
答案：8.29×10－11 m
12． 金属晶体中晶格大小的数量级是 10
－10
m． 电子经电场加速，
形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图 样．问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量 e＝ 1.6×10－19 C，质量 m＝0.90×10－30 kg)
解析：据波长发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗 意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象． 设加速电场的电压为 U，电子经电场加速后获得的速度为 v，对 1 2 加速过程由动能定理得 eU＝ mv 2 h 据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长 λ＝ p ， 其中 p＝mv， h2 解①②③方程组可得 U＝ ≈153 V. 2emλ2
h 9．频率为 ν 的光子，德布罗意波波长为 λ＝p，能量为 E，则光 的速度为( Eλ A． h E C． p ) B．pE h2 D．Ep
h 解析：选 AC．根据 c＝λν，E＝hν，λ＝p，即可解得光的速度 Eλ E 为 或 ，故选 A、C． h p
10．(2015· 高考江苏卷)波粒二象性是微观世界的基本特征，以 下说法正确的有( )
2．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、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波 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
解析：选 C．物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械 波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不 明显，只有选项 C 正确．