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1、粒子的波动性1人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性解析:牛顿的“微粒说”认为光是从光源发出的一种物质微粒,在均匀的介质中以一定的速度传播;爱因斯坦的光子说认为光是一种电磁波,在空间传播时是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,故本质是不同的,A错。答案:B、C、D2能说明光具有波粒二象性的实验是()A光的干涉和衍射B光的干涉和光电效应C光的衍射和康普顿效应D光电效应和康普顿效应解析:光的干涉和光的
2、衍射只说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性,B、C正确。答案:B、C3关于光的本性,下列说法中正确的是()A光子说并没有否定光的电磁说B光电效应现象反映了光的粒子性C光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说提出来的D大量光子产生的效果往往显示出粒子性,个别光子产生的效果往往显示出波动性解析:光既有粒子性,又有波动性,但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说,它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律,而是自身体现的一种微观世界特有的规律。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象,两者构成一个统一的整体,而微粒说和波动说是相互对立的。答案:A、B
3、4下列关于光的波粒二象性的说法中,正确的是()A有的光是波,有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越长,其波动性越明显;波长越短,其粒子性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性 解析:一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性,光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性,所以,不能说有的光是波,有的光是粒子。虽然光子与电子都是微观粒子,都具有波粒二象性,但电子是实物粒子,有静止质量,光子不是实物粒子,没有静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是以场形式存在的物质,所以,不能说光子与电子是同样的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明,大量光子的行为表现出波动性
4、,个别光子的行为表现出粒子性,光的波长越长,衍射性越好,即波动性越显著,光的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起接收装置的反应,所以其粒子性就很显著,故选项C正确。A、B、D错误。答案:C5关于物质波,下列说法中正确的是()A速度相等的电子和质子,电子的波长大B动能相等的电子和质子,电子的波长小C动量相等的电子和中子,中子的波长小D甲电子速度是乙电子的3倍,甲电子的波长也是乙电子的3倍解析:由可知,动量大的波长小。电子与质子的速度相等时,电子动量小,波长长。电子与质子动能相等时,由动量与动能的关系式:p 可知,电子的动量小,波长长。动量相等的电子和中子,其波长应相等。如果甲
5、、乙两电子的速度远小于光速,甲的速度是乙的三倍,甲的动量也是乙的三倍,则甲的波长应是乙的。答案:A6已知粒子的质量m6.641027 kg,速度v3107 m/s,要观察到粒子明显的衍射现象,障碍物的尺寸约为()A3.31010 mB3.31012 mC3.31015 m D3.31018 m解析:根据德布罗意假说 m3.31015 m。要观察到明显的衍射现象,障碍物的尺寸与波长差不多,C正确。答案:C7下列关于光的波粒二象性的说法中,正确的是()A光显示粒子性时是分立而不连续的,无波动性;光显示波动性时是连续而不分立的,无粒子性B光的频率越高,其粒子性越明显;光的频率越低,其波动性越明显C光
6、的波动性可以看作是大量光子运动的规律D伦琴射线比可见光更容易发生光电效应,而更不容易产生干涉、衍射等物理现象解析:我们既不能把光看成宏观现象中的波,也不能把光看成宏观现象中的粒子,光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,选项A错误;光的波动性和粒子性都与光的频率有关,随着频率的增大,波动性减弱而粒子性增强,选项B正确;大量光子表现出波动性,少量光子则表现出粒子性,选项C正确;伦琴射线的频率比可见光高,在真空中、空气中或在同一种介质中的伦琴射线的波长比可见光短,因而更容易发生光电效应而更不容易观察到干涉和衍射现象,选项D正确。答案:B、C、D8显微镜观看细微结构时,由于受到衍射现象的影
7、响而观察不清,因此观察越细小的结构,就要求波长越短,波动性越弱。在加速电压值相同的情况下,电子显微镜与质子显微镜的分辨本领,下列判定正确的是()A电子显微镜分辨本领较强B质子显微镜分辨本领较强C两种显微镜分辨本领相同D两种显微镜分辨本领不便比较解析:本题结合显微镜考查实物粒子的物质波,在电场中加速eUmv2,又由物质波公式得,所以经相同电压加速后的质子与电子相比,质子的物质波波长短,波动性弱,从而质子显微镜分辨本领较强,即B选项正确。答案:B9现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是()A一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上发射的光电子就越
8、多B肥皂液是无色的,吹出的肥皂泡却是彩色的C质量为103 kg、速度为102 m/s的小球,其德布罗意波长约为1028 m,不过我们能清晰地观测到小球的波动性D人们常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同解析:光电效应体现光的粒子性,A错;肥皂泡看起来是彩色的,这是薄膜干涉现象,体现光的波动性,B正确;由于小球的德布罗意波波长太小,很难观察到其波动性,C错;人们利用热中子的衍射现象研究晶体结构,所以能够体现波动性,D正确。答案:B、D10用高压加速后的电子的德布罗意波的波长可以小到1012 m数量级。用它观察尺度在1010 m数量级的微小物体时,其衍射就可以
9、忽略不计,从而大大提高了显微镜的分辨能力。一台电子显微镜用来加速电子的电压高达U106 V,求用它加速后的电子束的德布罗意波的波长。(电子的质量为m0.911030 kg)解析:用电压U加速电子,由动能定理得eUEk,由物体动量和动能的关系得p ,再由物质波的波长公式,可以求得该电子束的德布罗意波的波长,代入数据得1.21012 m。答案:1.21012 m11如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.671027 kg)解析:中子的动量为p1m1v子弹的动量为p2m2v据知中子和子弹的德布罗意波长分别为1,2联立
10、以上各式解得:1,2将m11.671027kg,v1103 m/sh6.631034 Js,m21.0102 kg代入上面两式可解得14.01010 m,26.631035 m。答案:4.01010m6.631035 m12任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之对应,波长是,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,人们把这种波叫做德布罗意波。现有一个德布罗意波长为1的物体1和一个德布罗意波长为2的物体2,二者相向正撞后粘在一起,已知|p1|W0,所以能发生光电效应。(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能EkhW01.61019 J而光电子的最大动量p ,则光
11、电子的德布罗意波波长的最小值min m1.2109 m。答案:(1)能(2)1.2109 m14金属晶体中晶格大小的数量级是1010 m,电子经加速电场加速,形成一电子束,电子束照射该金属晶体时,获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少?(已知电子的电荷量为e1.61019 C,质量为m0.901030 kg)解析:据波长发生明显衍射的条件可知,当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时,可以得到明显的衍射现象。设加速电场的电压为U,电子经电场的加速后获得的速度为v,对加速过程由动能定理得:eUmv2据德布罗意物质波理论知,电子的德布罗意波长为其中pmv解联立方程组可得:U153 V。答案:153 V4