物理3 崭新的一页：粒子的波动性综合训练题

2013版高中物理 17.3 粒子的波动性分层达标训练 新人教版选修3-5

【课堂训练】

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

2.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

3.下列说法中正确的是 (    )

A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性

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3.00×108 m／s

4.以下说法正确的是(    )

A.物体都具有波动性

B.抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C.速度相等的情况下，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

【课后巩固】

1.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子，比较不同曝光时间摄得的照片，发现在曝光时间不长的情况下，照片上是一些散乱的无规则分布的亮点，若曝光时间较长，照片上亮点分布区域呈现不均匀迹象，若曝光时间很长，照片上获得清晰的双缝干涉条纹，这个实验说明了(    )

A.光只具有粒子性

B.光只具有波动性

C.光既具有粒子性，又具有波动性

D.光的波动性不是光子之间的相互作用引起的

2.质量为m的粒子原来的速度为v,现将粒子的速度增大为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

B.变为原来波长的两倍

C.变为原来波长的一半

D.变为原来波长的2倍

3.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光的波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性

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

4.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波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为(    )

A.10-17                B.10-18              C.10-21               D.10-24

5.为了观察晶体的原子排列，采用了以下两种方法：

(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此，电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是(    )

A.电子显微镜所利用的是，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多

B.电子显微镜中电子束运动的速度应很小

C.要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸

D.中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当

6.关于光的波粒二象性的理解，正确的是(    )

A.大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性

B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子

C.高频光是粒子，低频光是波

D.波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著

7.质量为60 kg的运动员，百米赛跑的成绩为10 s，试估算运动员的德布罗意波的波长。

8.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=mc2，其中c为光在真空中的速度。计算频率为ν＝5×1014 Hz的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？

答案解析

【课堂训练】

1.【解析】选D。光的色散、衍射、干涉、泊松亮斑说明了光的波动性；光的反射和光电效应说明了光的粒子性。故只有D正确。

2.【解析】选B。根据所学知识我们知道，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。

3.【解析】选A、D。光既具有波动性又具有粒子性，A正确。由c=λν知B错。由爱因斯坦光子理论ε=hν，c=λν知波长越长，光频率越小，光子能量越小，C错。任何光在真空中传播速度均为3×108 m／s，D正确。

4.【解析】选A、D。任何物体都具有波动性，故A对。对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B错。速度相等的情况下，电子的动量比质子的动量小，由λ=h/p知，电子的波长长，故C错。核外电子绕核运动的规律是概率问题，无确定的轨道，故D对。

【课后巩固】

1.【解析】选C、D。少量光子通过双缝后呈现不规则分布亮点，显示了光的粒子性；大量光子通过双缝后照片上获得了干涉条纹，说明光具有波动性，光的波动性不同于机械波，不是光子之间的相互作用引起的，故C、D正确。

2.【解析】选C。由题知，粒子速度为v时，;粒子速度为2v时，，。可知C正确，A、B、D错。

3.【解析】选B、C。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。

4.【解析】选C。由公式，中子的动量：

所以中子的动能为：。

5.【解析】选A、D。由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A正确；电子显微镜中电子束运动的速度很大，从而动量很大，物质波波长很小，B错误；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当，D正确，C错误。

6.【解析】选D。光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者是与物质相互作用时，光都具有波粒二象性，大量光子的效果易呈现出波动性，个别光子的效果易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性越强，故A、B、C错误，D正确。

【总结提升】利用光的波粒二象性解题技巧

利用光的波粒二象性求解有关问题，要正确理解波粒二象性，粒子性的一面表现在光子具有能量ε=hν,动量,以及和其他物质作用时，显示光的粒子性的一面。波动性的一面表现在光传播时，频率越低、波长越长的光，波动性越显著，光的粒子性和波动性组成一个有机的整体，相互间并不独立存在。在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一。由于我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历。光既不是宏观概念的波，也不同于宏观概念的粒子。

7.【解析】因为是估算题，可认为运动员匀速运动，速度v=10 m/s。由公式

λ=h/p知运动员的德布罗意波波长λ=h/p=1.1×10-36 m。

答案：1.1×10-36 m

8.【解题指南】解答本题应把握以下两点：

(1)将ε=hν与E=mc2相联系。

(2)运用求解物质波波长。

【解析】光子的能量ε＝hν＝mc2，动量。设电子质量为me，速度为ve，动量为pe，则pe=meve，依题意pe=p，则电子的速度大小。电子物质波的波长

答案：1.1×10-27 kg·m/s      1.2×103 m/s     6.0×10-7 m