第四章 第五节 粒子的波动性和量子力学的建立-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂课时作业word（人教版）

[基础达标练] 1．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　) 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：AB　[光电效应揭示了光的粒子性，A正确；热中子束射到晶体上，产生的衍射图样说明中子具有波动性，B正确；黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释，C错误；由λ＝和p＝，得λ＝，动能相等的质子和电子质量相差很多，所以德布罗意波长λ不相等，D错误．] 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 解析：B　[1927年，戴维森和汤姆孙通过实验首次发现了电子在晶体上能发生衍射现象，这个实验说明电子具有波动性，B正确．] 3．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果，下列认识正确的是(　　) A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的亮点 B．单个光子的运动表现出波动性 C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D．只有大量光子的行为才能表现出波动性 解析：CD　[光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率很小(注意暗纹处并非无光子到达)，故C、D选项正确．故选C、D.] 4．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 B．变为原来波长的两倍 C．变为原来波长的一半 D．变为原来波长的倍 解析：C　[根据公式λ＝＝可以判断出选项C正确．] 5．(多选)关于下列图像的描述和判断正确的是(　　) A．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有粒子性 B．图甲表示电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性 C．图乙表示随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会减小 D．图乙表示随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 解析：BD　[题图甲是电子束通过铝箔时的衍射图样，证实了运动电子具有波动性，选项A错误，选项B正确；题图乙是黑体辐射实验规律图线，从图线能够看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误，选项D正确．] 6．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz的无线电波的速度和波长，根据表中数据可知(　　) 质量/kg 速度/(m·s－1) 波长/m 弹子球 2.0×10－2 1.0×10－2 3.3×10－30 电子 9.1×10－31 5.0×106 1.2×10－10 无线电波 (1 MHz) 3.0×108 3.0×102 A.要检测弹子球的波动性几乎不可能 B．无线电波通常表现出波动性 C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性 D．只有可见光才有波粒二象性 解析：ABC　[弹子球对应的德布罗意波的波长太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波的波长较大，所以其通常表现出波动性，B正确；电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性，C正确；由物质波理论知D错误．] 7．(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：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 解析：AD　[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”及发生明显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，由p＝可知它的动量应很大，速度应很大，A正确，B错误；由题目所给信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生明显衍射现象的条件可知，中子的物质波波长及X射线的波长与原子尺寸相当，C错误，D正确．] 8．(多选)频率为ν的光子，德布罗意波长为λ＝，能量为E，则光的速度为(　　) A.　　　　　　　 B．pE C. D. 解析：AC　[根据c＝λν，E＝hν，λ＝，即可解得光的速度为或，故选A、C.] [能力提升练] 9．关于物质波，下列说法正确的是(　　) A．速度相等的电子和质子，电子的物质波的波长长 B．动能相等的电子和质子，电子的物质波的波长短 C．动量相等的电子和中子，中子的物质波的波长短 D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的物质波的波长也是乙电子的3倍 解析：A　[速度相等的电子和质子相比，电子的质量小，电子的动量小，根据物质波的波长公式λ＝可知，电子的物质波的波长长，故A正确；由动能与动量的关系式p＝及物质波的波长公式λ＝，λ＝，动能相等的质子和电子相比，质子的质量大，所以质子的物质波波长短，故B错误；根据物质波的波长公式λ＝可知，动量相等的电子和中子的物质波的波长相等，故C错误；甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，由λ＝可知，甲电子的物质波的波长应是乙电子的，故D错误．] 10.如图所示，光滑水平面上有A、B两球，开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动，设碰撞前A球的德布罗意波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是(　　) A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3 C．λ1＝ D．λ1＝ 解析：D　[由动量守恒定律p1＝p2＋p3，又p＝得＝＋，所以λ1＝，选项D正确．] 11．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构．为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为，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多大？ 解析：电子在传播过程中形成物质波．物质波的波长λ＝ 根据题意可知，＝ 解得v＝. 根据动能定理可知，eU＝mv2－0 解得U＝. 答案： 12．高速电子流射到固体上，可产生X射线．产生X射线的最大频率由公式hνm＝Ek确定，Ek表示电子打到固体上时的动能．设电子经过U＝9 000 V高压加速，已知电子质量me＝9.1×10－31 kg.电子所带电荷量e＝1.60×10－19 C．求：(结果保留2位有效数字) (1)加速后电子对应的德布罗意波长； (2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量． 解析：(1)动量p＝mv，Ek＝mv2，得p＝，电子在电场中加速，根据动能定理得， 电子动能Ek＝eU 对应的德布罗意波波长λ＝＝＝≈1.3×10－11 m. (2)当电子与固体撞击后，其动能全部失去， 其中光子能量Ek＝hνm eU＝Ek 解得λmin＝≈1.4×10－10 m， 一个光子的最大动量pmax＝≈4.8×10－24 kg·m/s. 答案：(1)1.3×10－11 m　(2)1.4×10－10 m　4.8×10－24 kg·m/s [创新应用练] 13．(多选)衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领，电子显微镜是使用电子束工作的，电子束也具有波动性，同样存在衍射问题，已知电子的波长与动量之间的关系满足λ＝(h是常量)．关于电子显微镜的分辨率，下列说法正确的是(　　) A．增大加速电压，提高电子束的速度，有利于提高分辨率 B．减小加速电压，降低电子束的速度，有利于提高分辨率 C．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜高 D．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜低 解析：AC　[光的波长越大，则波动性越明显，越容易发生明显衍射，电子的波长λ＝＝可知电子的速度越大，波长越短，越不容易发生明显的衍射，所以增大加速电压，增大电子束的速度，有利于提高分辨率，B错误A正确；由于质子的质量远大于电子的质量，所以如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，质子的动量更大，波长更小，其分辨率比电子显微镜大，D错误C正确．] 14．(多选)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，方法是使电子通过电场加速后，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波动性 B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝ C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 解析：AB　[实验得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式得λ＝，而动量p＝＝，两式联立得λ＝，B正确；由λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显，C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显，故D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $