2023版新教材高中物理第四章原子结构和波粒二象性微点13物质波的理解课时作业新人教版选择性必修第三册

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微点13　物质波的理解1．下列说法正确的是(　　)A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性2．(多选)关于物质波，下列认识中正确的是(　　)A．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象3．太阳帆飞行器是利用太阳光获得动力的一种航天器，其原理是光子在太阳帆表面反射的过程中会对太阳帆产生一个冲量．若光子垂直太阳帆入射并反射，其波长为λ，普朗克常量为h，则对它的冲量大小为(　　)A．eq \f(h,λ)B．eq \f(2h,λ)C．eq \f(3h,λ)D．eq \f(4h,λ)4．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．(　　)A．速度B．动能C．动量D．总能量5．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中正确的是(　　)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6．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(　　)A．10－8B．106C．108D．10167．康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的．已知普朗克常量为h.下列说法错误的是(　　)A．康普顿效应揭示了光的粒子性B．光子散射后波长变大C．光子与电子碰撞后速度变小D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为eq \f(h,p)8．1927年戴维逊和革末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．如图所示是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是(　　)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9．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象，在量子通信技术方面，中国已有量子通信专利数超3000项，领先美国．下列有关说法正确的是(　　)A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念B．动能相同的一个质子和电子，质子的德布罗意波长比电子长C．康普顿效应表明光子不仅具有能量，还具有动量D．普朗克大胆地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10．下表是几种金属的截止频率和逸出功，用频率为9.00×1014Hz的光照射这些金属，哪种金属能产生光电效应，且从该金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长(　　)A.钨B．钙C．钠D．铷11．科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术首次“拍摄”到新冠病毒的3D清晰影像，冷冻电镜是利用高速电子具有波动性原理，其分辨率比光学显微镜高1000倍以上．下列说法正确的是(　　)A．电子的实物波是电磁波B．电子的德布罗意波长与其动量成正比C．冷冻电镜的分辨率与电子加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低D．若用相同动能的质子代替电子，理论上也能“拍摄”到新冠病毒的3D清晰影像12．[2023·湖南衡阳高二校考期末]波及全球的新冠病毒的尺寸约为100nm，由于最短可见光波长约为400nm，所以我们无法用可见光捕捉病毒的照片．科学家用电子显微镜，即加速电场中的电子，使其表现为波长远小于可见光的波．终于捕捉到了它的图像，正所谓越艳丽越有毒．已知电子的质量为9×10－31kg，电子的电荷量为1.6×10－19C，普朗克常量为6.6×10－34J·s，不考虑相对论效应，则下列说法正确的是(　　)A．电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常长B．电子显微镜与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低C．若用相同动能的质子代替电子，不能拍摄到新冠病毒的3D图像D．德布罗意波长为0.2nm的电子，可由静止电子通过约37.8V的电压加速得到13．如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为1.67×10－27kg，普朗克常量为6.63×10－34J·s，结果保留三位有效数字)14．如图所示为证实电子波存在的实验装置，从F上出来的电子可认为初速度为零，所加的加速电压U＝104V，电子质量为m＝9.1×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金箔上，发生衍射作用，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹，试计算电子的德布罗意波长．(结果保留三位有效数字)微点13　物质波的理解1．答案：C解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同．宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有选项C正确．2．答案：AC解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确；X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误．3．答案：B解析：光子在太阳帆表面反射的过程中会对太阳帆产生一个冲量，光子垂直太阳帆入射并反射，根据动量定理I＝Δp＝2eq \f(h,λ)，故选B.4．答案：C解析：由德布罗意波长λ＝eq \f(h,p)知二者的动量应相同，故选项C正确，由p＝mv可知二者速度不同，Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(p2,2m)，二者动能不同，由E＝mc2可知总能量也不同．故选C.5．答案：A解析：物质波和光波都是概率波，选项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，选项B错误；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝eq \r(2mEk)可知，电子的动量小，由λ＝eq \f(h,p)可知，电子的波长长，选项C错误；由λ＝eq \f(h,p)可知，动量相等的电子和中子，波长一样长，选项D错误．6．答案：C解析：根据德布罗意波长公式λ＝eq \f(h,p)，以及动量与动能的关系式p＝eq \r(2mEk)，得λ＝eq \f(h,\r(2mEk))，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则eq \f(λ电,λ油)＝eq \r(\f(m油,m电))，已知油滴的直径约为d＝4μm，则油滴的质量约为m油＝ρ油·eq \f(1,6)πd3＝0.8×103×eq \f(1,6)×3.14×(4×10－6)3kg＝2.7×10－14kg，代入数据解得eq \f(λ电,λ油)＝eq \r(\f(2.7×10－14,9.11×10－31))＝108，故选C.7．答案：C解析：康普顿效应揭示了光的粒子性，选项A正确，不符合题意；光子散射后能量减小，则频率减小，波长变大，选项B正确，不符合题意；X射线是电磁波，则光子与电子碰撞后速度不变，选项C错误，符合题意；若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为λ＝eq \f(h,p)，选项D正确，不符合题意．8．答案：C解析：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；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．此题选择不正确的，故选C.9．答案：C解析：普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，A错误；根据p＝eq \r(2mEk)因为质子质量大于电子质量，所以质子动量大于电子的动量，由λ＝eq \f(h,p)知质子的德布罗意波长比电子的短，B错误；康普顿根据p＝eq \f(h,λ)对康普顿效应进行解释，其基本思想是光子不仅具有能量，而且具有动量，C正确；德布罗意大胆地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，D错误．故选C.10．答案：B解析：由题意知，仅有钙、钠和铷三种金属能发生光电效应，根据Ek＝hν－W0＝hν－hν0以及德布罗意波公式λ＝eq \f(h,p)根据动量和动能的关系p＝mv＝eq \r(2mEk)联立可得钙λ＝eq \f(h,\r(2mEk))＝eq \r(\f(h,2m（ν－ν0）))代入数据从钙金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长，故B正确，A、C、D错误．11．答案：D解析：电子的实物波是德布罗意波，不是电磁波，故A错误；根据λ＝eq \f(h,p)可知电子的德布罗意波长与其动量成反比，故B错误；冷冻电镜的分辨率与电子加速电压有关，加速电压越高，电子速度越大，动量越大，德布罗意波长越小，分辨率越高，从而使冷冻电镜的分辨率越高，故C错误；实物粒子的德布罗意波长与动能的关系为λ＝eq \f(h,p)＝eq \f(h,\r(2mEk))因为质子的质量比电子的质量大，所以在动能相同的情况下，质子的德布罗意波长比电子的德布罗意波长更小，分辨率越高，若用相同动能的质子代替电子，理论上也能“拍摄”到新冠病毒的3D清晰影像，故D正确．故选D.12．答案：D解析：影响电子显微镜分辨率的直接因素是光源的波长，波长越短，加速电压越高，分辨率越高，A、B错误；相同动能的质子和电子，根据p＝eq \r(2mEk)，p＝eq \f(h,λ)联立解得λ＝eq \f(h,\r(2mEk))因质子质量大于电子质量，所以质子的波长小于电子的波长，波长越短，分辨率越高，所以，更能“拍摄”到新冠病毒的3D影像，C错误；由动能定理eU＝eq \f(1,2)mv2电子动量p＝eq \f(h,λ)联立解得U＝eq \f(h2,2emλ2)代入数据得U＝37.8V，D正确．13．答案：3.97×10－10m　6.63×10－35m解析：中子的动量为p1＝m1v子弹的动量为p2＝m2v由λ＝eq \f(h,p)知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1＝eq \f(h,p1)，λ2＝eq \f(h,p2)联立以上各式解得λ1＝eq \f(h,m1v)，λ2＝eq \f(h,m2v)代入数据可解得λ1≈3.97×10－10m，λ2＝6.63×10－35m．14．答案：1.23×10－11m解析：根据动能定理有eU＝eq \f(1,2)mv2根据动能和动量的定义式有Ek＝eq \f(1,2)mv2＝eq \f(（mv）2,2m)＝eq \f(p2,2m)又因为λ＝eq \f(h,p)联立方程可得λ＝eq \f(h,\r(2meU))代入数据可得λ≈1.23×10－11m．金属钨钙钠铷截止频率(×1014Hz)10.957.735.535.15逸出功(eV)4.543.202.292.13