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1、学而思网校 1高中物理选修高中物理选修 3-5 同步练习试题解析同步练习试题解析 粒子的波动性粒子的波动性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( )
2、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。
3、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、B4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学而思网校 2C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
4、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，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，
5、电子动量小，波长长。hp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。2mEk动量相等的电子和中子，其波长应相等。如果甲、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 。13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 m B3.31012 mC3.31015 m D3.31018 m解析：根据德布罗意假说 m3.31015 m。hphmv6.626 10346.64 1027 3 107要观察到明显的衍射现象，障碍物的
6、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( )学而思网校 3A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
7、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 eU mv2，又由物12p22m质波
8、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hph2meU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学而思网校 4解析：光电效应体现光的粒子性，A
9、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
10、，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 ，2mEkhph2meU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hp1，2hp1hp2联立以上各式解得：1，2hm1vhm2v将 m11.671027kg，v1103 m/sh6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面两式可解得14.01010 m，26.6310
11、35 m。答案：4.01010m 6.631035 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hp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 ，则光电子的德布罗意波波长的最小值2mEkmin mhp6.626 10342 0.91 1030 1.6 10191.2109 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：eU mv212据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长为 hp其中 pmv解联立方程组可得：U153 V。h22em2答案：153 V
