第4章 第5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（人教版）

物理 空 课时 物 间 理 纠错空间 作业 第五节 粒子的 [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 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 方法总结 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.(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 230 选择性必修第三册 波动性和量子力学的建立 4.质量为m的粒子原来的速度为0，现将 粒子的速度增大到2，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 5.(多选)关于下列图像的描述和判断正 确的是 ) +辐射强度 700K 500K 1300K 012345/μm 甲：电子束通过铝箔时的衍射图样乙：黑体辐射的实验规律 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 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 1MHz的无线电波的速度和波长，根据 表中数据可知 ( 第四章原子结构和波粒二象性 项目 质量/kg 速度/(m·s1) 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 3.0×108 3.0×102 (1 MHz) 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 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 8.[多选]频率为y的光子，德布罗意波长 为入=上，能量为E,则光的速度为 ( A. E入 B.BE E P.EP ·23 课时作业乡 [能力提升练] 9.关于物质波，下列说法正确的是( 间 A.速度相等的电子和质子，电子的物质 纠错空间 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 10.如图所示，光滑水左④一®有 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入，，碰撞后A、 B两球的德布罗意波长分别为入。和 方法总结 入3，则下列关系正确的是 ( A.λ1=λ2=入3 B.λ1=λ2十λ3 111中中中员。卡中中为 C.入=X-x 入2入3 D.A, 入2入3 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4，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？ 世物理 12.高速电子流射到固体上，可产生X射 空 间 线.产生X射线的最大频率由公式h =E5确定，E表示电子打到固体上时 纠错空间 的动能.设电子经过U=9000V高压 加速，已知电子质量m=9.1×1031kg. 电子所带电荷量e=1.60×1019C.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， 方法总结 。+。++4 ++401++41+++++441++: 4444444444444 。。。4。。4.4 ·28 选择性必修第三册 [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 之间的关系满足入=么(h是常量).关 力 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 14.(多选)利用金属晶格（大小约为100m) 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，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 √J2meU 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 ●参考答案 高能级向低能级跃迁的过程中，辐射的光子种类满 足组合规律即C?,故B正确.由△E=E,一Em和E= 仙可得=E一E,A正确.] h 1,BCD[根据光子的能量公式6=Av=任可知波长最 大的H。的能量最小，根据△E=E,一E2,可知H。所 对应的轨道量子数最小，故A错误：由题可知，H?的 波长大于H,的波长，根据€=可知H,的光子能 量大于H?的光子能量，故B正确；波长最大的H。 的能量最小，频率最小，结合折射率与频率的关系可 知，H。的折射率最小，故C正确；波长最大的H。的 能量最小，根据光电效应发生的条件可知，对同一种 金属，H。能使它发生光电效应，Hg、Hy、H都可以 使它发生光电效应，故D正确.] 12.解析：(1)根据C号=6知，氢原子向低能级跃迁时共 能发出6种频率的光. (2)Wo=E3-E1=12.09eV 由E3一E1=hy 解得≈2.9X1015Hz. 答案：(1)6种(2)12.09eV2.9×1015Hz 13.AB[以氢原子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高 m能级，然后从m能级向较低能级跃迁，若从m能 级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级， 则辐射的能量最大，否则跃迁到其他较低的激发态 时以氢原子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发 态跃迁，即1,2,3，…，m任意两个轨道之间都可以产 生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子 的种类C品=mm,D=6,解得m=4,即4氢原子 2 吸收能量后先从n=2能级跃迁到=4能级，然后从 =4能级向低能级跃迁.辐射的光子按能量从小到 大的顺序排列为能级4到能级3，能级3到能级2，能 级4到能级2，能级2到能级1，能级3到能级1，能级 4到能级1，所以能量E与y3相等，也等于h(1+ 2)和h(一4十)，故A、B正确，C、D错误.故选 A、B.] ·26 课时作业乡 14.解析：一群氢原子向低能级跃迁 n E/ev -0.85 时，各种跃迁方式都会发生，即 3 -1.51 可以从n=4的激发态到n=3,n 2 3.4 =2,n=1的各能级，再从1=31 --13.6 的激发态到n=2,n=1的各能级，再从n=2的激发 态到n=1的基态，故有N=,)=6种频率的光 2 子产生，跃迁情况示意图如图所示 最高频率的光子满足hw1=-0.85eV-(-13.6eV)= 12.75eV=2.04×10-18J,y≈3.1×1015Hz. 最低频率的光子满足hw2=-0.85eV-(-1.5leV)= 0.66eV=1.056×10-19J,2≈1.6×1014Hz. 一个氢原子向较低能级跃迁，最多有三种频率的光 子，因为它从n=4的能级跃迁至n=3的能级时一定 不存在由n=4的能级直接跃迁至n=1的能级的 可能. 答案：6种3.1×1015Hz1.6×1014Hz3种 第五节粒子的波动性和量子力学的建立 1.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：由入=么和p=√2mE,得入=一，动 √J2mEk 能相等的质子和电子质量相差很多，所以德布罗意波 长入不相等，D错误.] 2.B[1927年，戴维森和G.P.汤姆孙分别通过实验发 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.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正确.] 4C[根据公式入=分品可以制断出故C正确] 5.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，故A错误，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，故C错误，D 正确.] 9。 巴物理 6.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.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，由力 会可知它的动量应很大，递度应很大，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.] B,AC[根据c,E=h,入，即可解得光的速度 为以或三，故选A.C.] h 力 9.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入= 上可知，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=√2mE及物质波的波长公式入=么， p 入= 九一，动能相等的质子和电子相比，质子的质量 v2mEk 大，所以质子的物质波波长短，故B错误；根据物质波 的波长公式入=么可知，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，由入=么可 知，甲电子的物质波的波长应是乙电子的}，故D 错误，] 10.D[南动量守版龙体A=十，又向=冬得货 -十要，所以做D正确] 入2入3 11.解析：电子在传播过程中形成物质波.物质波的波长 my 根据题意可知，一m ·21 选择性必修第三册 解得u= md. 根据动能定理可知，eU= 2mv2-0 解得U=n2h2 2med2 答案：h2 2med2 12,解析：)动量p=m,=子m子，得p√2m瓦，电 子在电场中加速，根据动能定理得， 电子动能Ek=eU h 对应的德布罗意波波长入= h p√2meEk√2meeU ≈1.3X10-11m. (2)当电子与固体撞击后，其动能全部失去， 其中光子能量Ek=hvm eU=E 解得Xn-=%≈1.4X100m, 一个光子的最大动童P名≈L7X10g·m8 答案：(1)1.3×10-11m(2)1.4×10-10m 4.7X10-24kg·m/s 13.AC[光的波长越大，则波动性越明显，越容易发生 明显衍射，电子的波长入=么=九，由此可知电子的 b my 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 子显微镜高，D错误，C正确.] 14,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入= ,而动量 p=√2mEk=√2meU,两式联立得λ=- h 三，B正 √J2meUJ h 确：由入= 可知，加速电压越大，电子的波长 √2meU 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.] 0