高中物理17.3粒子的波动性试题(含解析)新人教版选修3-5

17。3 粒子的波动性

一、光的波粒二象性

1．

2．光子的能量和动量：能量表达式ε=________，动量表达式______________。

3．意义:能量ε和动量p是描述物质的____________性的重要物理量;波长λ和频率ν是描述物质的________性的典型物理量。因此ε=___________和___________揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。

二、粒子的波动性及实验验证

1．粒子的波动性

(１）德布罗意波：任何一种实物粒子都和一个________相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫___________。

（2）物质波的波长和频率：波长公式λ=hp，频率公式 ν=h。

2．物质波的实验验证

（1）实验探究思路:_________、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性,则在一定条件下，也应该发生_______或衍射现象。

(2）实验验证：1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了________衍射的实验，得到了______的衍射图样，证实了______的波动性.

（3)说明:

①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的_________，对于这些粒子，德布罗意给出的λ=hp和 ν=h关系同样正确。 ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，宏观物体运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很______，根本无法观察到它的波动性。

波动性 衍射 粒子性 光电效应 波动性 粒子性 波粒二象性 hv

hp 粒子

波动 hν hp

波 物质波 干涉 干涉 电子束 电子 电子 波动性 小

一、人类对光的本性的研究

1．对光的本性认识史

人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史，列表如下:

学说

名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒

二象性

代表

人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因

斯坦

实验

依据 光的直线传播、光的反射 光的干涉、衍射 能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度 光电效应、康普顿效应 光既有波动现象,又有粒子特征

学说

名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性

内容

要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波 光是由一份一份光子组成的 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性

理论

领域 宏观

世界 宏观

世界 微观

世界 微观

世界 微观

世界

2．对光的波粒二象性的理解

实验基础 表现 说明

光的波动性 干涉和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。

(2）足够能量的光在传播时，表现出波的性质 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的。

（2）光的波动性不同于宏观观念的波

光的粒子性 光电效应、康普顿效应 （1）当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质。

(2）少量或个别光子容易显示出光的粒子性 （1）粒子的含义是“不连续"“一份一份"的。

(2)光子不同于宏观观念的粒子

【例题1】有关光的本性,下列说法正确的是

A．光既具有波动性,又具有粒子性，两种性质是不相容的

B．光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点

C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

D．由于光既具有波动性，又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性

参考答案：D

试题解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子.波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性。只有选项D正确。

二、对物质波的理解

德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性。你如何理解该问题，谈谈自己的认识。 1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。

2．粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，不要以宏观观念中的波来理解德布罗意波。

3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。

4．求解物质波波长的方法

（1）根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p=mv。

(2）根据波长公式hp求解。

（3）注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式。如光子的能量ε=hν，动量hp；微观粒子的动能2k12Emv,动量p=mv。

(4）一般宏观物体物质波的波长很短，波动性很不明显，难以观察到其衍射现象，如只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样.

【例题2】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少?（中子的质量为1。67×10–27 kg，h=6.63×10–34 J·s）

参考答案:4。0×10–10 m 6.63×10–35 m

试题解析：中子的动量为p1=m1v

子弹的动量为p2=m2v

由公式λ=hp知，中子和子弹的德布罗意波长分别为

λ中=1hp和λ子=2hp

因此可得到λ中=1hmv,λ子=2hmv，代入数据得

λ中=4.0×10–10 m

λ子=6。63×10–35 m。

1．关于光的波粒二象性的理解正确的是

A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性

B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子

C．高频光是粒子,低频光是波

D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著

2．关于物质波,下列说法错误的是

A．任何运动的物体（质点）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．宏观物体尽管可以看作物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象

3．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

4．在中子衍射技术中，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相近，已知中子质量m=1.67×10–27 kg，普朗克常量h=6.63×10–34 J·s，可以估算出德布罗意波长λ=1。82×10–10 m的热中子的动量的数量级可能是

A．10–17 kg·m/s B．10–18 kg·m/s

C．10–20 kg·m/s D．10–24 kg·m/s

5．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

6．关于光的波粒二象性，下列说法正确的是

A．光的频率越高，光的能量越大，粒子性越明显

B．光的波长越长，光的能量越小,波动性越明显

C．频率高的光只具有粒子性，不具有波动性

D．无线电波只具有波动性，不具有粒子性

7．电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将

A．小于0.2 nm B．大于0。2 nm

C．等于0.2 nm D．以上说法均不正确

8．下列说法正确的是

A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，所以我们可以说光具有波粒二象性

B．一个电子和一个质子具有相同的动能时,因为电子的质量比质子的小,所以电子的动量就小

C．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长比质子的小

D．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长比质子的大

9．为了观察晶体的原子排列，采用了以下两种方法：

（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

10．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知

质量/kg

速度/(m·s–1) 波长/m

弹子球 2。0×10–2 1.0×10–2 3.3×10–30

电子(100 eV) 9.1×10–31 5.0×106 1。2×10–10

无线电波（1

MHz） 3。0×108 3。3×102

A．要检测弹子球的波动性几乎不可能

B．无线电波通常情况下只能表现出波动性

C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性

D．只有可见光才有波动性

11．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则

A．ε=hc,p=0 B．ε=hc，p=2hc

C．ε=hc，p=0 D．ε=hc，p=h

12．关于物质波,下列说法正确的是

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