课时梯级训练(30) 波粒二象性（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(30)　波粒二象性 1．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是(　　) A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样 B．单个光子通过单缝后，底片上也会出现完整的衍射图样 C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样起伏 D．单个光子通过单缝后的运动情况具有随机性，大量光子通过单缝后的运动情况也呈现随机性 A　解析：光子一个个通过单缝，足够时间后，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少，出现衍射现象，A正确；少量光子表现为粒子性，而衍射是波的特性，B错误；光子通过狭缝的路线是随机的，与水波不一样，C错误；少量表现出随机性，大量表现出规律性，D错误。 2．某电磁波的频率为ν、波长为λ、传播速度为c，这种电磁波光子的能量为E、动量为p、普朗克常量为h，则下面关系正确的是(　　) A．E＝hν，p＝hc B．E＝hν，p＝ C．E＝hc，p＝hc D．E＝，p＝hν B　解析：电磁波的频率为ν，能量为E＝hν，光子的动量p，根据德布罗意波长公式可得p＝，B正确。 3．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波，下列关于物质波的说法正确的是(　　) A．物质波和光波都是概率波 B．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体 C．动能相等的电子和质子，电子的波长短 D．动量相等的电子和中子，中子的波长短 A　解析：物质波和光波都是概率波，A正确；实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是同一种物质，B错误；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，由λ＝可知，动量小的波长长，C错误；由λ＝可知，动量相等的电子和中子，波长一样长，D错误。 4．一对正负电子相遇后转化为一对光子的过程称为湮灭。已知电子质量为m＝9.1×10－31 kg，真空中光速c＝3×108 m/s，普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s。则一对静止的正负电子湮灭后产生的每个光子的动量大小为(　　) A．2.73×10－22 kg· m/s B．2.73×10－21 kg· m/s C．1.60×10－45 kg· m/s D．1.60×10－44 kg· m/s A　解析：一对静止的正负电子湮灭后产生的光子动量和为0，两光子的频率相同，动量大小相同，结合2mc2＝2hν，p＝，λ＝，解得p＝mc＝2.73×10－22 kg· m/s，A正确。 5．实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实不能体现波动性的是(　　) A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 B　解析：干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，没有体现波动性，B正确；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以发生衍射现象，具有波动性，C错误；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以发生衍射现象，说明具有波动性，D错误。 6．德布罗意认为实物粒子也具有波动性，他给出了德布罗意波长的表达式λ＝。现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子H＋和二价钙离子Ca2＋，已知氢离子与钙离子的质量比为1：40，加速后的氢离子和钙离子的德布罗意波的波长之比为(　　) A．1：4 B．4：1 C．1：4 D．4：1 D　解析：离子加速后的动能：Ek＝qU；离子的德布罗意波波长λ＝＝＝，所以＝＝＝，D正确。 7．(2023·江苏徐州高二期末统考)若两个质量不同粒子的德布罗意波波长相等，则(　　) A．两粒子的动能相等 B．两粒子的动量大小相等 C．通过相同晶体时，质量小的粒子衍射现象更明显 D．通过相同晶体时，质量大的粒子衍射现象更明显 B　解析：根据德布罗意波长计算表达式有λ＝，可知，若两个质量不同粒子的德布罗意波波长相等，则两粒子的动量大小相等，由动能和动量的关系式p＝可知，由于两个粒子的质量不同，则动能不同，A错误，B正确；由于两个质量不同粒子的德布罗意波波长相等，则通过相同晶体时，两种粒子的衍射现象相同，C、D错误。 8．我国使用激光焊接复杂钛合金构件的技术和能力已达到世界一流水平，若焊接所用的激光波长为λ，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法正确的是(　　) A．激光焊接利用了激光的相干性 B．激光的频率为 C．每个激光脉冲的能量为nh D．每个激光脉冲的动量为n C　解析：激光焊接利用了激光的能量，不是相干性，A错误；激光的频率ν＝，B错误；每个光子的能量E＝hν＝h，每个激光脉冲的能量E′＝nE＝nh，C正确；激光光子的动量p＝，每个激光脉冲的动量p′＝np＝n，D错误。 9．利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属品格上，从而得到电子的衍射图样，已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　) A．该实验说明了电子具有粒子性 B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝ C．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 D．加速电压U越小，电子的衍射现象越明显 D　解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A错误；由德布罗意波波长为λ＝，而动量p＝＝，两式联立得λ＝，B错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长要比电子的小，衍射现象相比电子不明显，C错误；B项中λ＝可知，加速电压越小，电子的波长越大，衍射现象就越明显，D正确。 10．一个中子与一个氘核相向对撞结合成一个处于激发态的氚核，然后向低能级跃迁并释放光子。已知中子的德布罗意波波长为λ1，氘核的德布罗意波波长为λ2，且λ1>λ2，则处于激发态氚核的德布罗意波波长为(　　) A． B． C． D． D　解析：中子的德布罗意波波长为λ1，则有λ1＝，氘核的德布罗意波波长为λ2，则有λ2＝，由于λ1>λ2，则有p1<p2，中子与氚核相向对撞结合过程动量守恒，以氚核动量方向为正方向，则有p2－p1＝p3，处于激发态氚核的德布罗意波波长λ3＝，解得λ3＝，D正确。 11．一颗质量为5.0 kg的炮弹(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的速度c＝3×108 m/s) (1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？ (2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？ (3)若要使它的德布罗意波波长与波长是400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？ 答案：(1)6.63×10－37 m　(2)4.42×10－43 m　 (3)3.32×10－28 m/s 解析：(1)炮弹以200 m/s的速度运动时其德布罗意波波长 λ1＝＝＝ m＝6.63×10－37 m。 (2)炮弹以光速运动时的德布罗意波波长 λ2＝＝＝ m＝4.42×10－43 m。 (3)根据λ＝＝ 可得v＝＝ m/s≈3.32×10－28 m/s。 12．有一种新型光电效应量子材料，当某种光照射该材料时，只产生相同速率的相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得第1条亮纹与第5条亮纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，该量子材料的逸出功为W0。求： (1)电子束的德布罗意波长λ和动量p； (2)光子的能量E。 答案：(1)　　(2)W0＋ 解析：(1)根据＝λ 得λ＝ 由p＝ 得p＝。 (2)由Ek＝ 得Ek＝ 光子的能量 E＝hν＝W0＋Ek＝W0＋。 学科网（北京）股份有限公司 $$