第四章 5 粒子的波动性和量子力学的建立-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册练习手册（人教版）

第四章原子结构和波粒二象性。 5.粒子的波动性和量子力学的建立 基础练)习 知识点光的波动性与粒子性的统一。 4.(多选)说明光具有粒子性的现象是 1.有关光的本性，下列说法正确的是() () A.光具有波动性，又具有粒子性，这是 A.光电效应 B.光的干涉 相互矛盾和对立的 C.光的衍射 D.康普顿效应 B.光的波动性类似于机械波，光的粒子 :5.2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励 性类似于质点 美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊 C.大量光子才具有波动性，个别光子只： 发现了宇宙Ⅹ射线源。Ⅹ射线是一种高频 具有粒子性 电磁波，若X射线在真空中的波长为入， D.由于光既具有波动性，又具有粒子性， 以h表示普朗克常量，c表示真空中的光 无法只用其中一种去说明光的一切行 速，以E和p分别表示X射线每个光子 为，只能认为光具有波粒二象性 的能量和动量，则() 2.关于光的波粒二象性的说法错误的是 A.E=hA,p=0 B.E=hA,p=h () C.0 D.Ezhe h A.光的频率越高，光子的能量越大，粒 入，P=入 子性越显著 6.(多选)频率为v的光子，德布罗意波长 B.光的波长越长，光子的能量越小，波 为A=b 动性越明显 p 能量为E,则光的速度为() C.频率高的光子不具有波动性，波长较 A.E B.pE h 长的光子不具有粒子性 D.光的干涉、衍射现象说明光具有波动 C.E D.h Ep 性，光电效应说明光具有粒子性 7.光的 和 等现象表明光具 3.(多选)根据爱因斯坦“光子说”可知，： 有波动性，而 效应和 效 下列说法错误的是() 应表明光具有粒子性，按波动说，光的能 A.“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” 量是由 决定的；按照光子说，光 B.光的波长越大，光子的能量越小 子的能量是跟 成正比的。 C.一束单色光的能量可以连续变化 D.只有光子数很多时，光才具有粒子性 练 55 高中物理选择性必修第三册（人教版） 知识点2 物质波的理解及实际应用的 D.速度大的物体，其德布罗意波长小 处理方法 11.一颗质量为10g的子弹，以200ms的 8.在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶 速度运动着，则由德布罗意理论计算， 体结构，因为热中子的德布罗意波长与晶 要使这颗子弹发生明显衍射现象，那么 体中原子间距相近，已知中子质量m= 障碍物的尺寸应为() 1.67×107kg,普朗克常量h=6.63×104Js, A.3.0x1010m B.1.8x10-m 可以估算德布罗意波长入=1.82×100m的 C.3.0x1034m D.无法确定 热中子动能的数量级为() 12.金属晶体中晶格大小的数量级是100m。 A.107J B.10-8J 电子经加速电场加速，形成一电子束，电 C.10-21J D.1024J 子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射 9.实验表明电子也有波粒二象性，由于电子 图样。求这个加速电场的电压约为多少。 的粒子性比光强，故电子的波长比光的波· (已知电子的电荷量为e=1.6x109C,质 长更短，电子和光相比，我们() 量为m=0.90x1030kg) A.更容易观察到明显的衍射现象和干涉 现象 B.不容易观察到明显的衍射现象和干涉 现象 C.不容易观察到明显的衍射现象，但容 易观察到干涉现象 D.更容易观察到明显的衍射现象，但不 容易观察到干涉现象 10.下列说法正确的是() A.质量大的物体，其德布罗意波长小 B.质量小的物体，其德布罗意波长小 C.动量大的物体，其德布罗意波长小 提升练习 13.如图所示，用单色光做 只能使光子一个一个地过去，那么过去 Q 双缝干涉实验。P处为 -0 的某一光子() 亮条纹，Q处为暗条纹， A.一定到达P处B.一定到达Q处 第13题图 不改变单色光的频率， C.可能到达Q处D.都不正确 而调整光源使其极微弱，并把单缝调至：14.关于物质波，以下说法正确的是() 56)练 第四章原子结构和波粒二象性。 A.任何一个物体都有一种波与之对应 D.若用相同动能的质子代替电子，德布 B.抖动细绳一端，绳上的波就是物质波 罗意波长越大 C.动能相等的质子和电子相比，质子的 ：17.(多选)下列说法正确的是（) 物质波波长长 A.普朗克曾经大胆假设：振动着的带电 D.宏观物体不会发生明显的衍射或干涉 微粒的能量只能是某一最小能量值的 现象，所以没有物质波 整数倍，这个不可再分的最小能量值 15.衡量数码相机性能的一个非常重要的指 叫作能量子 标就是像素，1像素可理解为光子打在 B.德布罗意提出实物粒子也具有波动 光屏上的一个亮点，300万像素的数码 性，而且粒子的能量和动量p跟它所 相机拍出的照片比30万像素的数码相机 对应的波的频率v和波长入之间，遵 拍出的等大的照片清晰得多，其原因可 从关系=￡和A=h 以理解为() p A.光是一种粒子，它和物质的作用是一 C.光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是 份一份的 光子到达概率大的地方 D.在康普顿效应中，当入射光子与晶体 B.光的波动性是大量光子之间的相互作 用引起的 中的电子碰撞时，把一部分动量转移 给电子，因此，光子散射后波长变短 C.光具有波粒二象性，大量光子表现出 *18.小灯泡的功率P=1W,设其发光向四周 光的波动性 D.大量光子表现光具有粒子性 均匀辐射，平均波长入=106cm,则在 16.利用金属晶格（大小约10-0m)作为障 距离d=1.0×104m处，每秒落在垂直于 光线方向上面S=1cm2上的光电子数是多 碍物观察电子的衍射图样，方法是让电 少？(h=6.63x104Js) 子通过电场加速，然后让电子束照射到 金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。 已知电子质量为m、电量为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.物质波和电磁波一样，在真空中的传 播速度为光速c B.实验中电子束的德布罗意波长为入= V2me U C.加速电压U越大，电子的德布罗意 波长越大 练 57有c=c,入=入，或者c=c+c,此时A=,故 入入3 入入，入2 入+入2 D正确。 9.B【解析】处于第3能级的氢原子，其能级值为 -1.51eV,电离能为1.51eV。波长为=6.63×107m的 光子的能量E=c=6.63x10X3.0x10J=3.0×10-9J= 入 6.63×107 1.875eV,这个值大于氢原子处于第3能级时的电离 能。因此氢原子会发生电离，电离后电子的动能E= 1.875eV-1.51eV=0.365eV。选项B正确。 10.C【解析】由r=h片=E-BE*可知该原子跃迁 前后的能级差越大，对应光子的能量越大，波长越短。 由图知a对应光子能量最大，波长最短，c次之，而b 对应光子能量最小，波长最长，故C正确。 1.（)人分《②)E=大2益【解折】()电 子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运动，库仑力提供向 心力，号m号，动能6m达 2,0 (2)电子在轨道上运动时的能量包括动能和电 势能。 氢原子在第1轨道上的能量E=-k+h e2 同理，电子在第n轨道运动时氢原子的能量E,= 2菇 >5.粒子的波动性和量子力学的建立 基础练习 1.D【解析】光在不同条件下表现出不同的行为， 其波动性和粒子性并不矛盾，A错误，D正确；光的波 动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点，B错误； 大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子 性，C错误。 2.C【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，C错误，D正确；波长越长、频率越低的光 波，干涉和衍射越容易发生，波动性越显著，频率越 高、光子的能量越大，越容易发生光电效应，粒子性越 显著，A、B正确。 3.ACD【解析】爱因斯坦的“光子说”与牛顿的 “微粒说”本质不同，A错误，由E=c可知B正确；一 束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量 的整数倍，C错误；光子不但具有波动性，而且具有粒 子性，D错误。 4.AD【解析】光的干涉、衍射说明光具有波动性。 5.D【解析】光子的能量E=hv=h号，根据入-么可 参考答案与解析。 得p=冬，D正确。 6.AC【解析】根据c=入v,E=hv,A=h即可解得光 p 的速度为EA或E,故A、C正确。 h 7.干涉衍射康普顿光电频率频率 【解析】因为干涉现象和衍射现象是波特有的属性， 故光的干涉和衍射说明光是一种波，具有波动性；光电 效应、康普顿效应表明光具有粒子性：根据E=hv可知 光的能量是由光的频率决定的，光子的能量跟其频率成 正比 8C【解析】由德布罗意波公式入么得=久，而 pamw -810'ms. 6.63x104 所以E=3m六×167x10×218x10yJ53.97x10J, 因此热中子的动能的数量级为101J,C正确。 9.B【解析】波动性越强越容易观察到明显的衍射 现象和干涉现象，电子的波长比光的波长更短，则不容 易观察到明显的衍射现象和干涉现象，B正确。 10.C【解析】根据p=mw,德布罗意波公式入=h。 可得C正确。 11.C【解析】由p=w,A-h可知德布罗意被长入= p m10×10x200m=3.32×10-4m,所以障得物的尺 h_6.63×10-34 寸为3.0×10-4m,符合发生明显衍射的条件。 12.153V【解析】根据动能定理="四，德布罗 意波长大合，P,所以联立上式得t2e53V p 提升练习 13.C【解析】单个光子的运动路径是不可预测 的，只知道落在P处的概率大，落在Q处的概率小， 因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P处也可能落 在Q处。 14.A【解析】德布罗意波的理论是一切运动的微粒 都有一种波与之对应，即一切运动的微粒都具有波粒二 象性，A正确；抖动细绳一端，绳上的波是机械波，B 错误：物质波的波长入-么，动能与动量的关系= D V2m，动能相等的质子和电 V2mE,联立解得A=h一 子相比，质子的质量大，质子的物质波波长短，C错 误：宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象，是宏观 物体的物质波波长太小的原因，D错误。 15.C【解析】300万像素的数码相机拍出的照片比 30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，这是 61 高中物理选择性必修第三册（人教版） 光波动性的体现，即光具有波粒二象性，大量光子表现 出光的波动性，C正确。 16.B【解析】物质波是一种概率波，有别于机械波 和电磁波，不存在传播速度的概念，A错误；根据动能 定理，eU=2m-0,电子德布罗意波的波长入 V2,加速电压U越大，波长越短，B正确，C错 h 误；质子的质量较大，所以其物质波波长较短，D 错误。 17.ABC【解析】普朗克曾经大胆假设：振动着的 带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这 个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，A正确；德布 罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量ε 和动量p跟它所对应的波的频率v和波长入之间，遵从 关系会和A户，B正确；光是一种概率波，光的干 涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达概率大的地方， C正确：康普顿效应中，当人射光子与晶体中的电子碰 撞时，把一部分动量转移给电子，光子散射后波长变 长，D错误。 18.4×105个【解析】设离灯1.0x104m远处每平方 厘米面积上灯照射的能量为E,则有上=4mR E%1x10 ①： 设穿过的光子数为几，则有nc=B。②，代人数据解 入 得n=4×105(个)。 >“情境题专项 1.A【解析】根据光电效应方程得出遏止电压与入 射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量。遏 止电压为0时，入射光的频率等于截止频率。 根据爱因斯坦光电效应方程：E=hv-Wo,动能定 理：eU=E,可得U=么v-bo,根据图像可得k= e e-,解得普朗克常量h=e(。-U,故A正确，B V2-V1 V2-V1 错误：税止颜率：光，故CD结误。 2.ABD【解析】电路中要产生电流，则a端接电源 的正极，使逸出的光电子在光电管中加速，放大器的作 用是将光电管中产生的电流放大后，使铁芯M磁化，将 衔铁N吸住，故A、B正确；根据光电效应方程知，光 电子的最大初动能与人射光的强度无关，由入射光的频 率决定，故C错误；绿光照射有光电流产生，知能产生 光电效应，由于蓝光的频率大于绿光的频率，则蓝光照 射能产生光电效应，一定有光电流产生，故D正确。 3.ABD【解析】根据光电效应方程可得Eh·无 W,电源电动势等于断路时的路端电压，由动能定理可 62 得EFeE,解得E织g,放A正确： 由题，人射的光子的个数：A是：短路时到达B板的 入 电子，N=n,电流值I复=e=eE,故B正确；光电 he 子运动的方向为从A指向B,所以电流的方向为从B流 向A,所以B为电源的正极，故C错误，D正确。 43.6x10ms【解析】由E=hv和p=久可得￡=c: 设每秒照射到薄膜上光子的个数为n,则nE=pS,由动 量定理，当入射光全部被反射时，有F=n2p,由牛顿第 二定律F=Ma,得a=3.6×103m/s2。 5.入山【解析】任何一个运动着的物体，小到电 入1-入2 子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波。物体1 的动量P无、物体2的动量P无。进取的方向为正 方向，根据动量守恒可得，对撞后形成的物体的动量P PP。粘在一起的物体的德布罗意波波长入，=b=A山 P3A-2 >“感知高考 1B【解析】根据玻尔理论可知hy=E;-E,则频率 为的光的动量为n冬=g-E。B,A错误：频* C 为1和2的两种光分别射人同一光电效应装置，均产生 光电子，其最大初动能分别为Em=hyI一W逸H功，Em2=h21- W意H功，最大初动能之差为△Em=h1-h=hy2,B正确； 频率为1和y的两种光分别射人双缝间距为d、双缝到 屏的距离为L的干涉装置，根据条纹间距表达式△=子， 入=，产生的干涉条纹间距之差为△=-L=。 dv' dvs dva d ≠品，c错误：若原子从n3低证至4能 -E-E,D错误。 级，则E-E=,可得人射光的频率=片 2.D【解析】当开关S接1时，由爱因斯坦光电效 应方程eU=hy-Wo,故其他条件不变时，增大光强，电 压表的示数不变，A错误；若改用比山更大频率的光照 射时，调整电流表的示数为O,而金属的逸出功不变， 故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1,B错误； 其他条件不变时，使开关S接2，此时v>W,可发生光 电效应，故电流表示数不为0，C错误；根据爱因斯坦 光电效应方程eU=hw-Wa,其中W=hwe,联立解得，光 电管阴极材料的栽止颜率为火，D正确。 3.B【解析】大量处于n=3能级的氢原子向低能级 跃迁时，能够辐射出不同频率的光的种类为C=3种，