高中物理-粒子的波动性练习

高中物理-粒子的波动性练习我夯基我达标1.下列哪组现象能说明光具有波粒二象性（）A.光的色散和光的干涉B.光的干涉和光的衍射C.光的反射和光电效应D.泊松亮斑和光电效应思路解析：光的色散、光的反射可从波动性与粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误.光的干涉、衍射现象只说明了光的波动性，B选项错误.泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明具有粒子性，故D选项正确.答案：D2.对光的认识，下列说法正确的是（）A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性，光表现出粒子时，就不再具有波动性D.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显思路解析：本题考查的是光的波粒二象性，光是一种概率波，少量光子的行为往往易显出粒子性，而大量光子的行为往往显示出其波动性，A选项正确.光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B选项正确.粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C选项错误，D选项正确.答案：ABD3.下列说法正确的是（）A.光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论C.光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E=hν中，ν（频率）就是波的特征量D.光波不同于宏观观念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波思路解析：光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种概率波，可以用波动规律来解释，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，因而A错而D对.在光的波粒二象性中，光子能量E=hν中，ν表示了波的特征，因而并没有否定麦克斯韦的电磁说，B错C对.答案：CD4.对于光的波粒二象性的说法中，正确的是（）A.一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同一种粒子，光波与机械波是同样一种波C.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，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子的能量E=hν中，频率ν仍表示的是波的特性思路解析：根据波粒二象性，光同时具有波动性和粒子性，A选项错误.不同于宏观观念的粒子和波，故B选项错误.光的波动性是光子本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的，C选项错误.光子的能量与其对应的能量成正比，而频率是反映波动特征的物理量，因此E=hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系，光子说并未否定电磁说，故D选项正确.答案：D5.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（ ）A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B.光是波，与橡皮绳上的波相似C.光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大D.在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的思路解析：由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，故不同于宏观观念中的波和粒子，故A 、B 选项错误.在干涉实验中，光强度大的地方，即为光子到达概率大的地方，表现为亮纹，光强度小的地方，即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C 选项正确.在宏观世界中，牛顿的“微粒说”与惠更斯“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波动性与粒子性才能统一，故D 选项正确.答案：CD6.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（ ）A.光子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减少C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应思路解析：最大初动能E k =hν-W （W 为逸出功）知，E k 仅与单色光频率相关，故A 项正确，B 项错误.照射光光强减弱，即单位时间内光子数减少，因而打出的光子也减少，故C 项正确. 只要照射光频率大于极限频率，就一定发生光电效应，D 项错误.答案：AC7.试估算质量为1 000 kg 的汽车以10 m/s 运动时的德布罗意波.思路解析：汽车运动时的动量p=mv=1 000×10 kg·m/s=104 kg·m/s 根据德布罗意波波长计算公式有：λ=434101063.6-⨯=p h m=6.63×10-38 m. 答案：6.63×10-38 m8.在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是（ ）A.弱光衍射实验B.电子束在晶体上的衍射实验C.弱光干涉实验D.以上都不正确思路解析：根据课本知识，我们知道，最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验.故B 正确.答案：B9.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，在加速到相同速度的情况下，质子显微镜的最高分辨率将（ ）A.小于0.2 nmB.大于0.2 nmC.等于0.2 nmD.以上说法均不正确思路解析：电子显微镜是以利用电子的波动性为工作原理，其分辨率与电子的德布罗意波波长成反比，物质波的波长与实物粒子的动量有关，即λ=ph .在同样速度的情况下，由于质子的质量大，故其物质波波长短，质子显微镜的分辨率要高于电子显微镜的分辨率. 答案：A我综合 我发展10.下列叙述正确的是（ ）A.在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越容易看到B.频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著C.大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D.如果让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨道方向做极有规则的匀速直线运动思路解析：因为光是一种电磁波，光的频率越高.波长越短，发生干涉、衍射的条件越不易满足，故不易看到衍射现象，A 错.频率越高的光，波长越短，其波动性越弱，而粒子性越强；相反，频率越低的光，波长越长，其波动性越强，粒子性越弱，故B 正确.由双缝干涉实验结论知，C 是正确的.若让光子一个一个地通过狭缝，则点的分布是无规则的，说明光子的运动跟我们宏观假设的质点运动不同，没有一定的轨道，所以D 错，故正确选项为B 、C答案：BC11.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.频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思路解析：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，但波长越长，频率越低的光波，干涉和衍射愈容易发生，波动性越显著；频率越高，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，选项C 错误.让光子一个一个地通过双缝，曝光时间短时，底片上呈现不规则分布的点子，当时间长时，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.答案：ABD12.金属晶体中晶格大小的数量级为10-10 m ，电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图象，则这个加速电场的电压约为多少？思路解析：当电子运动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图样，由此，可以估算加速电场的电压.设加速电场的电压为U ，则电子加速动能E k =eU ，而电子的动量p=e k m E 2电子的德布罗意波长λ=e k m E h p h 2=加速电压U=311921023422101.9106.1)10(2)1063.6(2----⨯⨯⨯⨯⨯⨯=e em h λ V=1.5×102 V. 答案：1.5×102V13.爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E=mc 2，其中c 为光在真空中的速度.计算频率为ν=5×1014Hz?光子具有的动量是多少?若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λe 是多少？思路解析：根据光子说，光子的能量E=hν=mc 2，故得动量 p=mc=814341031051063.6⨯⨯⨯⨯=-c hv kg·m/s=1.1×10-27 kg·m/s.设电子质量为m e ，速度为v e ，动量为p e ，则p e =m e v e依题p e =p则电子的速度大小为v=3127101.9101.1--⨯⨯==e e e m p m p m/s=1.2×103 m/s. 该电子物质波的波长为λe =m p h e 2734100.11063.6--⨯⨯==6.0×10-7 m. 答案：1.1×10-27 kg·m/s 1.2×103 m/s 6.0×10-7 m14.光具有波粒二象性，光子的能量E=hν，其中频率表征波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p 与光波波长λ的关系为：p=λh .若某激光管以P W =60 W 的功率发射波长λ=6.63×10-7 m 的光束，试根据上述理论计算：（1）激光管在1 s 内发射出多少个光子？（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑板表面所受到光束对它的作用力F 为多大? 思路解析：(1)设在时间Δt 内发射出的光子数为n ，光子频率为ν，每一个光子的能量E=hν，则P W =t nhv ∆,又ν=λc ，则n=hc t P W λ∆，将Δt=1 s 代入上式，得： n=83491031063.61066360⨯⨯⨯⨯⨯=--hc P W λ=2.0×1020 个. （2）在时间Δt 内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n 个光子的总动量为p 总=np=λnh 据动量定理可知FΔt=p 总黑体表面对光子束的作用力为F=cP v t nhv t p W =∆=∆λ总=2.0×10-7 N. 又据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力为F′=F=2.0×10-7 N.答案：（1）2.0×1020个 （2）2.0×10-7 N。