高中物理-专题 波粒二象性(解析版)

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）

第五部分 原子物理

专题6.6 波粒二象性

一．选择题

1．（2020南京盐城二模）(l)美国物理学家阿瑟·阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖， 原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光镊技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要．对此下列说法正确的是

A. 光镊技术利用光的粒子性

B．光镊技术利用光的波动性

C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量

D．红色激光光子能量小于绿色激光光子能量

【参考答案】AD

【名师解析】光镊技术利用光的粒子性，选项A正确B错误；由于红光频率小于绿光，所以红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，选项C错误D正确。

2.(2019湖北孝感模拟)手机大多有拍照功能,用来衡量其拍照性能的一个重要的指标就是像素,像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点,300万像素的手机拍出的照片比30万像素的手机拍出的等大的照片清晰得多,其原因可以理解为( )

A.光具有波粒二象性,大量光子表现出光的波动性

B.光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的

C.光是一种粒子,它和物质的作用是一份一份的

D.大量光子表现出光具有粒子性

【参考答案】A

【名师解析】 光具有波粒二象性,大量光子表现出光的波动性,故A正确,D错误;光的波粒二象性是光的内在属性,即使是单个光子也有波动性,跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关,故B错误;光是一种粒子,它和物质的作用是“一份一份”进行的,用很弱的光做双缝干涉实验时的照片上的白点就是光子落在胶片上的痕迹,清楚地显示了光的粒子性,但数码相机拍出的照片不是白点,所以不是此原因,故C错误。

3．为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．下列说法正确的是( )

A．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射

B．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射

C．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射

D．电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射

【参考答案】A

【名师解析】 为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的，因为可见光的波长数量级是10－7 m，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦；如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了，选项A正确．

4．(多选)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．以下正确的是( )

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

【参考答案】AD

【名师解析】 当障碍物尺寸比工作波段的波长更短时将产生明显衍射现象，故电子显微镜中电子物质波的波长比原子尺寸更小，选项A正确，C错误；电子束运动速度很大，否则对应的波长很长，易发生明显衍射现象，选项B错误；中子的物质波波长若与原子尺寸相当，产生明显衍射现象，可用于研究晶体的原子排列，选项D正确．

5.为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )

A．曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时间很长的照片，大量亮点聚焦起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性

B．单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律

C．单个光子通过双缝后做匀速直线运动

D．干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达

【参考答案】B

【名师解析】 根据光的波粒二象性，大量光子的行为表现出波动性，但波动性并不否定光的粒子性，只不过粒子性没有明确显现而已；单个光子显示了光的粒子性，落点无法预测，大量光子表现出波动性；光子通过双缝后遵从概率波的规律，并不做匀速直线运动；暗条纹处只是光子到达的概率很小，选项A、C、D错误，B正确．

6.（6分）（2019北京通州二模）实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初

速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（ ）

A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大

B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大

C．散射后电子的速度一定变大

D．散射后电子的能量一定变大

【参考答案】B

【名师解析】光在介质中的传播速度只与介质本身有关，而与其它因素无关。散射前后的介质不变，所以散射光在介质中的传播速度保持不变，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hv﹣W可知，h和W为定值，v越大，E越大；因此若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，故B正确；根据题意，在康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以，散射后电子的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故CD错误。

7．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，可以估算德布罗意波波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为( )

A．10－17 J B．10－19 J

C．10－21 J D．10－24 J

【参考答案】C

【名师解析】 由λ＝hp知热中子动量p＝hλ，又因为p2＝2mEk，所以热中子动能Ek＝p22m＝h22λ2m≈4×10－21 J，选项C正确．

8．(多选)利用金属晶格(大约为10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速度电压为U，普朗克常量为h，则下列说法正确的是( )

A．该实验说明了电子具有波动性

B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝h2meU

C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显

D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显

【参考答案】AB

【名师解析】 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，选项A正确；德布罗意波波长公式λ＝

hp，而动量p＝2mEk＝2meU，两式联立得λ＝h2meU，选项B正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，选项C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长较小，衍射现象相比电子不明显，选项D错误．

9．（6分）（2019湖南师大附中三模）一个规格为“12V 0.6A”的小灯泡正常工作时有6%的电能转化为可见光，试估算小灯泡1秒钟能释放的可见光光子数为（ ）（可见光的频率近似取中间值6×1014Hz，普朗克常数h＝6.63×10﹣34J・s）

A．1.1×1014 B．1.1×1015 C．1.1×1034 D．1.1×1018

【参考答案】：D。

【名师解析】小灯泡的额定功率：P＝UI＝7.2W，转化为光的功率：P光＝6%P＝0.432W，

一个光子的能量：ɛ＝hv，小灯泡1秒钟仰能释放的可见光光子数为：n＝＝个＝1.1×1018个，故D正确，ABC错误。

10.（2018江西南昌三模）普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论。下列关于黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是

【参考答案】.D

【命题意图】 本题考查对黑体辐射强度与波长关系图象的理解及其相关的知识点。

【解题思路】由于黑体辐射强度峰值随温度的升高向短波段移动，所以符合黑体辐射实验规律的是图D。

【方法探讨】黑体辐射实验规律是考查冷点。温度越高，黑体辐射强度峰值对应波长越短。

11．影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低．利用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它是用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图象．以下说法正确的是( )

A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强

B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显

C．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜比用电子束工作的显微镜分辨本领强

D．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜比用电子束工作的显微镜分辨本领弱

【参考答案】C

【名师解析】设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，

则有Ek＝12mv2＝eU＝p22m，又p＝hλ，故eU＝h22mλ2，可得λ＝h22emU．

对电子来说，加速电压越高，λ越小，衍射现象越不明显，选项A、B错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨本领强，选项C正确，D错误．

12．（2019江西南昌三模）康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿那个方向运动，波长如何变化（ ）

A．3、变长 B．1、变短 C．1、变长 D．2、不变

【参考答案】C

【命题意图】本题考查对康普顿效应的理解、动量守恒定律及其相关知识点。

【解题思路】光子与电子碰撞过程系统动量守恒，系统动量的矢量和不变，碰前动量向右，故碰撞后系统的动量的矢量和也向右，故碰后光子可能沿方向1运动；由于电子动能增加，故光子能量减小，根据E＝hν，光子的频率减小，根据c＝λυ，波长变长；选项C正确、ABD错误。

13.（2018云南昭通联考）利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是 ( )

A． 该实验说明电子具有波动性

B． 实验中电子束的德布罗意波长为

C． 加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显

D． 若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显

【参考答案】D

【名师解析】得到了电子的衍射图样，说明实物粒子（电子）具有波动性，证明了物质波的存在，故A正确。电子被加速后的速度为，则有即，根据得实验中电子