鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第2节 实物粒子的波粒二象性课时训练

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册

6.2实物粒子的波粒二象性 课时练（解析版）

1．下列说法错误的是（　　）

A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程

B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律

C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型

D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长

2．下列关于微观粒子的波粒二象性的认识，错误的是（　　）

A．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹

B．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定

C．大量光子表现出波动性，此时光子仍具有粒子性

D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的

3．下列说法符合物理学史的是（　　）

A．爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念

B．普朗克提出物质波假设，即运动的实物粒子也具有波动性

C．贝克勒尔根据天然放射现象推断构成物质的原子有复杂的结构

D．卢瑟福通过分析α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型

4．2021年1月21日，包括中国科研人员在内的一支国际团队，使用冷冻镜断层成像技术“拍摄”到新冠病毒的3D影像，测得新冠病毒的平均尺度是100nm，如图所示。已知普朗克常量为，下列说法正确的是（　　）

A．100nm相当于m

B．想要“看清”新冠病毒，所用“光波”的波长应该大于100nm

C．用能量为2.55eV的可见光照射，在显微镜下病毒清晰可见

D．波长100nm的光子动量数量级为10-27kg·m/s

5．以下说法中不正确的是（　　）

A．玻尔的原子模型成功的解释了氢原子光谱

B．汤姆孙的电子衍射实验验证了德布罗意波的存在

C．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说

D．核反应堆中的镉棒是通过降低中子的速度来控制核反应速度的

6．一个质子和一个中子发生核反应结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　  ）

A．该反应中的质量亏损Δm＝m3－（m1＋m2）

B．辐射出的γ光子的动量p＝（m3－m1－m2）c

C．γ光子的波长λ＝

D．核反应方程是H＋n→H＋γ

7．在通往量子论的道路上，许多物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（　　）

A．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性

B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念

C．玻尔把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念

D．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象

8．大量偶然事件的整体表现所显示的规律性，叫做统计规律。图所示的容器中，上部规则地布有许多铁钉，下部用隔板分割成许多等宽的狭槽，大量的小球可通过其上方漏斗形入口落下，装之前有玻璃板段盖，使小球最终落在槽内。让大量小球从上方漏斗形入口落下，以阴影表示最终落在槽内左右小球的分布形状，应是（　　）

A．          B．           C．        D．

9．关于物质波，以下说法正确的是（　　）

A．任何一个运动着的物体都有一种波与之对应

B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C．动能相等的质子和电子相比，质子的物质波波长长

D．宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象，所以没有物质波

10．1927年，戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一、如图甲所示是该实验装置的简化图，如图乙所示为电子束的衍射图样，下列说法正确的是（　　）

A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的

C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性

11．下列关于光现象的说法正确的是（　　）

A．光纤通信依据的原理是光的全反射，且包层的折射率比内芯折射率大

B．紫光比紫外线更容易发生衍射

C．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性

D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

12．光的波粒二象性

光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有____性，光既具有波动性，又具有___ 性，即光具有_____性。

13．康普顿效应和光子的动量

（1）康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长____λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。

（2）康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量。

（3）光子的动量

a.表达式：。

b.说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长_____。

14．推动了核物理和粒子物理的发展，人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个_______（填“宏观”或“微观”）层次的物质结构，又促进了_______学和宇宙学的研究。

15．推动了原子、分子物理和光学的发展：

人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行________和________的技术。

16．现代科学研究表明，太阳辐射能量的来源是其内部的核聚变反应，其中主要的核反应是4个质子聚变而形成一个氦核和两个正电子，并释放核能，设在地球上与太阳光垂直的表面上，单位面积接收到的太阳能辐射功率为P。已知普朗克常量h，光速c，若太阳“释放的核能”最后都以光的形式辐射，其平均频率为v。

（1）写出太阳的核聚变反应方程；

（2）写出太阳发出的光子的能量E0和动量p0的表达式，求出地球上与太阳光垂直的面积为S的平面上，在t时间内接收到的太阳辐射光子个数N；

（3）光子具有动量，因此光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”。当太阳光垂直照射到某物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收。若物体表面的反射系数为（即反射的光子数是入射光子数的倍，且忽略光子反射时的能量损失），求太阳光垂直照射在地球上该物体表面时，产生的光压I；

17．如图所示为研究光电效应的实验装置图，若用能量为的光子照射到光电管阴极后，电流计中有电流；调节滑动变阻器触头，当电压表读数为时，电流计示数恰好为零。已知电子的质量、电荷量，普朗克常量。

求：

（1）该光电管阴极逸出功；

（2）光电子的物质波的最小波长。

18．用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压U的变化图象如图所示，已知普朗克常量为h，电子的质量m、带电量为-e，求：

①照射在金属表面上的这束光的最小功率P；

②逸出光电子的物质波的最短波长。

19．电子的静能为0.511MeV，质子的静能为938MeV，被1kV电压加速的电子和质子的德布罗意波长之比（结果涉及电子和质子质量的使用字母表示，电子质量，质子质量）。

20．光子不仅有能量而且具有动量，频率为的光子，所具有的能量为，动量为，其中c为光速，h为普朗克常量。光照射到物体表面被反射或吸收时，大量光子与物体表面发生碰撞，光子动量发生改变从而对物体表面产生“光压”。

（1）功率为P0的激光器发出一束频率为的激光，照射某物体的表面，计算单位时间内到达物体表面的光子数；

（2）功率为P0、横截面积为S的激光束垂直照射在物体表面时，激光束被物体表面完全反射，求其在物体表面单位面积产生的光压；

（3）设想利用太阳光压将物体送到太阳系以外的空间去，这只有在太阳光对物体的光压超过太阳对物体的引力才行。现用一种密度为的物体做成的平板，它的刚性足够强，则当这种平板厚度足够小时，它将能被太阳的光压送出太阳系。试估算这种平板的厚度应小于多少？

设平板处于地球公转轨道上，且太阳光垂直入射平板表面且被表面完全反射，不考虑各行星对平板的影响，已知地球公转轨道上的太阳常量，（即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能），地球的公转加速度为

 参考答案

1．D

【详解】

A．爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，A不符合题意；

B．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B不符合题意；

C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，C不符合题意；

D．德布罗意波波长为

其中p为微观粒子的动量，故微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，D符合题意。

故选D。

2．B

【详解】

A．根据不确定关系，微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，故A正确；

B．单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，故B错误；

C．波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，故C正确；

D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故D正确。

由于本题选择错误的，故选B。

3．D

【详解】

A．普朗克在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念，A错误；

B．德布罗意提出物质波假设，即运动的实物粒子也具有波动性，B错误；

C．贝克勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核具有复杂的结构，C错误；

D．卢瑟福通过分析α粒子散射实验现象提出了原子的核式结构模型，D正确。

故选D。

4．D

【详解】

A．单位换算得

故A错误；

B．波长大于100nm，射到新冠病毒上衍射现象明显（绕过障碍物），反射光少，看不清。故B错误；

C．能量为2.55eV的可见光波长为

波长大于100nm，射到新冠病毒上衍射现象明显（绕过障碍物），反射光少，看不清。故C错误；

D．波长100nm的光子动量数量级为

故D正确。

故选D。

5．D

【详解】

A．玻尔的原子模型成功的解释了氢原子光谱，A正确，不符合题意；

B．汤姆孙的电子衍射实验验证了德布罗意波的存在，B正确，不符合题意；

C．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，C正确，不符合题意；

D．核反应堆中的镉棒是通过吸收部分中子来控制核反应速度的，D错误，符合题意

故选D。

6．D

【详解】

A．质量亏损等于反应前的质量减去反应后的质量，即

故A错误；

B．辐射出的γ光子的动量

故B错误；

D．辐射出光子的能量为

且

联立可得

故C错误；

D．一个质子和一个中子发生核反应结合成一个氘核，是轻核聚变，反应方程为

故D正确。

故选D。

7．D

【详解】

A．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故A错误；

B．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B错误；

C．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；

D．爱因斯坦提出在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，并成功地解释了光电效应现象，故D正确。

故选D。

8．D

【详解】

让大量小球从上方漏斗形入口落下，显示出规律性，按正态分布，落在槽内左右小球的分布形状如D所示。

故选D。

9．A

【详解】

A．根据德布罗意假设，任何一个运动着的物体都有一种波与之对应，A正确；

B．绳上的波是机械波，不是物质波，B错误；

C．动能相等时，由

得质子的动量大些，由

知质子的物质波波长短，C错误；

D．宏观物体物质波波长太短，难以观测到衍射或干涉现象，但具有波动性，D错误。

故选A。

10．ABD

【详解】

BCD．电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；

A．物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。

故选ABD。

11．BC

【详解】

A．光纤通信依据的原理是光的全反射，且包层的折射率比内芯折射率小。A错误；

B．紫光比紫外线波长长，所以更容易发生衍射。B正确；

C．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。C正确；

D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象。D错误。

故选BC。

12．粒子    粒子    波粒二象   

【详解】

略

13．大于    变大   

【详解】

略

14．微观    天文   

【详解】

略

15．精确操控    测量   

【详解】

略

16．(1) ；(2)，，； (3)

【详解】

(1) 太阳的核聚变反应方程为

(2)光子能量为

光子动量为

根据能量守恒有

解得

(3)根据动量定理得

所以光压为

17．（1）；（2）

【详解】

（1）由题可知，根据动能定理可知

根据光电效应方程

联立解得逸出功为

（2）根据

而

整理得

18．①P=hν0；②

【详解】

(1)设单位时间内有n个光子照射在金属上，饱和光电流为

，=

又因为

E=nhν0=hν0

解得

P=hν0

(2)由图可知遏止电压为，根据动能定理

物质波的波长公式为

，p=

逸出光电子的物质波的最短波长为

19．

【详解】

根据动能定理

解得

由

解得

则电子和质子的德布罗意波长之比

20．（1）；（2）；（3）

【详解】

(1)每个光子的能量为

设单位时间内的光子数为n，则t时间内光子的总能量为

则单位时间内到达物体表面的光子数

(2)激光束被物体表面完全反射时，其单位时间内的动量变化量为

根据动量定理，激光束对物体表面的作用力为

因此激光束在物体表面引起的光压为

(3)厚度取最小值时，平板受到的光压F1与引力F2平衡，设平板面积为S，最小厚度为d，则

有

得

代入数据