人教版 (2019)選擇性必修 第三冊5 粒子的波動性和量子力學的建立同步練習題

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊5 粒子的波動性和量子力學的建立同步練習題，共17頁。試卷主要包含了課標要求，科學素養(yǎng)要求，教材研習，名師點睛，互動探究等內容，歡迎下載使用。
第5節(jié)粒子的波動性和量子力學的建立
一、課標要求
1.了解物質波，知道實物粒子具有波動性。
2.知道ν＝ε?和λ＝?p揭示了光的粒子性和波動性之間的聯(lián)系。
3.了解量子力學的建立及在微觀世界中的應用。
二、科學素養(yǎng)要求
1.物理觀念：知道德布羅意波、光有波動性和粒子性、量子力學的基本觀點和相關實驗證據。
2.科學思維：掌握光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一關系；并能應用波粒二象性解釋有關現(xiàn)象，提高分析、推理能力。
3.科學探究：通過學習電子衍射與干涉的探究，學會觀察與討論，并能得出實驗結論，提高動腦能力。
4.科學態(tài)度與責任：體會科學家們探究物質波、建立量子力學的艱辛，體會量子力學的建立對人們認識物質世界的影響，堅持實事求科態(tài)度，激發(fā)習科學的興趣。
三、教材研習
要點 德布羅意波
實物粒子也具有波動性①，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系。粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間，遵從如下關系：ν=ε?，λ=?p。這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫作物質波。
自主思考
①一位戰(zhàn)士在實戰(zhàn)訓練時子彈脫靶，在分析脫靶的原因時，突然想起德布羅意波長公式后，確認未擊中的原因可能與子彈的波動性有關，這是失誤的理由嗎？
答案：提示德布羅意波長λ=?p，遠遠小于子彈自身的線度，波長越短，衍射本領越小。對于子彈來說無法觀察到它的波動性，子彈具有確定的軌道，宏觀物體子彈脫靶的原因與波動性無關，不是產生失誤的理由。
四、名師點睛
1.物質波的實驗驗證
（1）實驗探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。
（2）實驗驗證：1927年戴維森和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性。
（3）人們陸續(xù)證實了質子、中子以及原子、分子的波動性。對于這些粒子，德布羅意給出的ν=ε?和λ=?p關系同樣正確。
（4）宏觀物體的質量比微觀粒子大得多，運動時的動量很大，對應的德布羅意波的波長很小，根本無法觀察到它的波動性。
2.量子力學的應用
（1）量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。
（2）量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展。
（3）量子力學推動了固體物理的發(fā)展。
五、互動探究
探究點一、粒子的波動性
情境探究
如圖是電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，結合圖樣及課本內容回答以下問題。
（1）德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設的理論基礎是什么？
（2）電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么？
探究歸納
1.對物質波的理解
（1）任何運動的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都與一個對應的物質波相聯(lián)系，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小的緣故。
（2）粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計規(guī)律支配，不能以宏觀觀點中的波來理解。
（3）德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，包括了所有的物質粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質波。
2.粒子波動性的理解
（1）一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性，但并不否定其具有波動性。
（2）電子、質子等實物粒子，具有能量和動量，當和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用。
（3）在宏觀世界中，波與粒子是對立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。
3. 概率波
微觀粒子的運動不再遵守牛頓運動定律，不可能用“軌跡”來描述粒子的運動，微觀粒子的運動狀態(tài)只能通過概率做統(tǒng)計性的描述。對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是不確定的，但在某點附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動的規(guī)律確定。對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果，所以物質波也是概率波。
概率波的主體是光子、實物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性的一面，所以說概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起。
探究應用
【典例】關于物質波，以下觀點不正確的是( )
A.只要是運動著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應的波與之對應，這就是物質波
B.只有運動著的微觀粒子才有物質波，對于宏觀物體，不論其是否運動，都沒有相對應的物質波
C.由于宏觀物體的德布羅意波長太小，所以無法觀察到它們的波動性
D.電子束照射到晶體上得到電子束的衍射圖樣，從而證實了德布羅意的假設是正確的
【解題感悟】
宏觀物體波動性的三點提醒
（1）一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性，但并不能否定其具有波動性。
（2）要注意大量光子、個別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關概念的區(qū)別。
（3）在宏觀世界中，波與粒子是對立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。
遷移應用
1.波粒二象性是微觀粒子的基本特征，以下說法正確的是( )
A.光電效應現(xiàn)象揭示了光的波動性
B.熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣，說明中子具有波動性
C.黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋
D.動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等
2.如果一個中子和一個質量為10 g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？（中子的質量為1.67×10?27kg）
探究點二、量子力學的建立和應用
知識深化
1.“量子”的理解
科學家在研究物理現(xiàn)象的過程中，發(fā)現(xiàn)基本粒子的能量不是連續(xù)的，而是類似于樓梯一個臺階一個臺階的，也就是說能量只能一份一份地變化。實際上任何能量變化都是量子化的，只不過在宏觀現(xiàn)象中表現(xiàn)不明顯，在微觀現(xiàn)象中就很容易觀察到。量子就是一個不可分割的基本個體。
2.量子力學建立的背景
19、20世紀之交，人們在黑體輻射、光電效應、氫原子光譜等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經典物理學無法解釋的現(xiàn)象。這就表明，微觀世界的物理規(guī)律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。
3.量子力學的發(fā)展史
（1）1900年12月14日，德國物理學家普朗克在柏林德國物理學會一次會議上提出了黑體輻射定律的推導，這一天被認為是量子力學理論的誕辰日。
（2）1925年，德國物理學家海森堡和玻恩作出了量子力學理論的第一種表述。利用矩陣力學的理論，求得描述原子內部電子行為的一些可觀察量的正確數值。
（3）1926年，奧地利物理學家薛定諤發(fā)表了波動力學，是量子力學的另一種數學表述。同年，薛定諤和美國物理學家?？ㄌ赜肿C明，兩種表述在數學上是等價的。
（4）玻恩首先使用“量子力學”這個名詞，1928年，英國的狄拉克等科學家又把上面的理論加以推廣，并與狹義相對論結合起來。
4.量子力學與牛頓經典力學的比較
5.量子力學的應用
量子力學在高速、微觀的現(xiàn)象范圍內具有普遍適用的意義。它是現(xiàn)代物理學基礎之一，在現(xiàn)代科學技術中的表面物理、半導體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導物理、量子化學以及分子生物學等學科的發(fā)展中，都有重要的理論意義。量子力學的產生和發(fā)展標志著人類認識自然實現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。
【題組過關】
1.2020年12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉團隊研發(fā)出76個光子的量子計算原型機“九章”。據說，“九章”求解高斯玻色取樣的數學難題只需要200秒，而當今世界最快的超級計算機“富岳”解決同樣的問題，需要6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。下列描述與“量子計算機”的原理相符的是( )
A.人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式
B.根據量子力學，人們發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術
C.利用固體的微觀結構對電路進行操控，速度和可靠性都遠勝過去的電子管，而體積則小得多
D.人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質結構
2. 物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片。若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點跡；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結果有下列認識，其中正確的是( )
A.曝光時間不太長時，出現(xiàn)一些不規(guī)則的點跡，表現(xiàn)出光的波動性
B.單個光子通過雙縫后的落點無法預測
C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方
D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性
3. 波粒二象性是微觀世界的基本特征，下列說法正確的是( )
A.光電效應和康普頓效應揭示了光的粒子性
B.電子束的晶體衍射實驗表明實物粒子具有波動性
C.動能相等的質子和電子的德布羅意波長相等
D.低頻電磁波的粒子性顯著，而高頻電磁波的波動性顯著
4. 2003年全世界物理學家評選出“十大最美物理實驗”，排名第一的為1961年物理學家利用“托馬斯·楊”雙縫干涉實驗裝置進行的電子干涉實驗。如圖所示，從輻射源射出的電子束經兩個靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上產生干涉條紋，該實驗說明( )
A.光具有波動性
B.光具有波粒二象性
C.微觀粒子也具有波動性
D.微觀粒子的波是一種電磁波
5. 表中列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長，由表中數據可知( )
A.要檢測彈子球的波動性幾乎不可能
B.無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性
C.電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性
D.只有可見光才有波動性
6.任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應，波長滿足λ=?p，人們把這種波叫作德布羅意波。一個德布羅意波長為λ1的中子和另一個德布羅意波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核，該氚核的德布羅意波長為( )
A.λ1λ2λ1+λ2 B.λ1λ2λ1?λ2
C.λ1+λ22 D.λ1?λ22
7.現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構，為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為dn，其中n>1，已知普朗克常量?、電子質量m和電子電荷量e，電子的初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為( )
A.n2?2med2 B.(md2?2n2e3)13
C.d2?22men2 D.n2?22med2
。
8.如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置，從燈絲F上漂出的熱電子可認為初速度為零，所加加速電壓U=104V，電子質量為m=0.91×10?30kg。電子被加速后通過小孔K1和K2后射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。普朗克常量?=6.63×10?34J?s。試計算電子的德布羅意波長。
比較內容
牛頓經典力學
量子力學
粒子的特征
物質是由粒子組成的，粒子是一個實體
粒子是波，波是無邊無際的
研究對象
研究對象分成幾部分，可以對每一部分進行研究
不能把微觀體系看成是由可以分開的幾部分組成的，因為兩個粒子從波的角度來看，它們是糾纏在一起的
軌跡描述
可以同時用質點的位置和動量精確地描述它的運動，軌跡可以確定
不可能同時準確地知道粒子的位置和動量，不能用軌跡描述運動
運動預言
如果知道了加速度，可以預言質點在以后任意時刻的位置和動量
自然界在微觀層次上是由隨機性和機遇支配的，不能預言粒子的位置和動量
自然界的變化
自然界的變化是連續(xù)的
自然界的變化是不連續(xù)的
物體
質量/kg
速度/(m?s?1)
波長/m
彈子球
2.0×10?2
1.0×10?2
3.3×10?30
電子
9.1×10?31
5.0×106
1.2×10?10
無線電(1 MHz)
3.0×108
3.0×102
選擇性必修三學案
第四章 原子結構和波粒二象性
第5節(jié)粒子的波動性和量子力學的建立
一、課標要求
1.了解物質波，知道實物粒子具有波動性。
2.知道ν＝ε?和λ＝?p揭示了光的粒子性和波動性之間的聯(lián)系。
3.了解量子力學的建立及在微觀世界中的應用。
二、科學素養(yǎng)要求
1.物理觀念：知道德布羅意波、光有波動性和粒子性、量子力學的基本觀點和相關實驗證據。
2.科學思維：掌握光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一關系；并能應用波粒二象性解釋有關現(xiàn)象，提高分析、推理能力。
3.科學探究：通過學習電子衍射與干涉的探究，學會觀察與討論，并能得出實驗結論，提高動腦能力。
4.科學態(tài)度與責任：體會科學家們探究物質波、建立量子力學的艱辛，體會量子力學的建立對人們認識物質世界的影響，堅持實事求科態(tài)度，激發(fā)習科學的興趣。
三、教材研習
要點 德布羅意波
實物粒子也具有波動性①，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系。粒子的能量ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間，遵從如下關系：ν=ε?，λ=?p。這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫作物質波。
自主思考
①一位戰(zhàn)士在實戰(zhàn)訓練時子彈脫靶，在分析脫靶的原因時，突然想起德布羅意波長公式后，確認未擊中的原因可能與子彈的波動性有關，這是失誤的理由嗎？
答案：提示德布羅意波長λ=?p，遠遠小于子彈自身的線度，波長越短，衍射本領越小。對于子彈來說無法觀察到它的波動性，子彈具有確定的軌道，宏觀物體子彈脫靶的原因與波動性無關，不是產生失誤的理由。
四、名師點睛
1.物質波的實驗驗證
（1）實驗探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。
（2）實驗驗證：1927年戴維森和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性。
（3）人們陸續(xù)證實了質子、中子以及原子、分子的波動性。對于這些粒子，德布羅意給出的ν=ε?和λ=?p關系同樣正確。
（4）宏觀物體的質量比微觀粒子大得多，運動時的動量很大，對應的德布羅意波的波長很小，根本無法觀察到它的波動性。
2.量子力學的應用
（1）量子力學推動了核物理和粒子物理的發(fā)展。
（2）量子力學推動了原子、分子物理和光學的發(fā)展。
（3）量子力學推動了固體物理的發(fā)展。
五、互動探究
探究點一、粒子的波動性
情境探究
如圖是電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，結合圖樣及課本內容回答以下問題。
（1）德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設的理論基礎是什么？
（2）電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么？
答案：（1）光的波粒二象性、玻爾氫原子理論及相對論。
（2）電子束能發(fā)生衍射，說明電子束具有波動性。
探究歸納
1.對物質波的理解
（1）任何運動的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都與一個對應的物質波相聯(lián)系，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小的緣故。
（2）粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計規(guī)律支配，不能以宏觀觀點中的波來理解。
（3）德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，包括了所有的物質粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質波。
2.粒子波動性的理解
（1）一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性，但并不否定其具有波動性。
（2）電子、質子等實物粒子，具有能量和動量，當和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用。
（3）在宏觀世界中，波與粒子是對立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。
3. 概率波
微觀粒子的運動不再遵守牛頓運動定律，不可能用“軌跡”來描述粒子的運動，微觀粒子的運動狀態(tài)只能通過概率做統(tǒng)計性的描述。對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是不確定的，但在某點附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動的規(guī)律確定。對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果，所以物質波也是概率波。
概率波的主體是光子、實物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性的一面，所以說概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起。
探究應用
【典例】關于物質波，以下觀點不正確的是( )
A.只要是運動著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應的波與之對應，這就是物質波
B.只有運動著的微觀粒子才有物質波，對于宏觀物體，不論其是否運動，都沒有相對應的物質波
C.由于宏觀物體的德布羅意波長太小，所以無法觀察到它們的波動性
D.電子束照射到晶體上得到電子束的衍射圖樣，從而證實了德布羅意的假設是正確的
答案：B
解析：只要是運動著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應的波與之對應，這就是物質波，A項正確，B項錯誤；由于宏觀物體的德布羅意波長太小，所以無法觀察到它們的波動性，故選項C正確；電子束照射到金屬晶體上得到了電子束的衍射圖樣，從而證實了德布羅意的假設是正確的，故D項正確。
【解題感悟】
宏觀物體波動性的三點提醒
（1）一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性，但并不能否定其具有波動性。
（2）要注意大量光子、個別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關概念的區(qū)別。
（3）在宏觀世界中，波與粒子是對立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。
遷移應用
1.波粒二象性是微觀粒子的基本特征，以下說法正確的是( )
A.光電效應現(xiàn)象揭示了光的波動性
B.熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣，說明中子具有波動性
C.黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋
D.動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等
答案：B
解析：光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故A項錯誤；衍射是波特有的性質，熱中子束射到晶體上產生的衍射圖樣，說明中子具有波動性，故B項正確；黑體輻射的實驗規(guī)律無法用光的波動性解釋，為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克建立了量子理論，成功解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律，故C項錯誤；由p=?λ和p=2mEk可知，由于質子和電子的質量不同，則動能相同的質子和電子，其動量不同，故其波長也不相同，故D項錯誤。
2.如果一個中子和一個質量為10 g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？（中子的質量為1.67×10?27kg）
答案：3.97×10?10m 6.63×10?35m
解析：中子的動量為p1=m1v，
子彈的動量為p2=m2v，
據λ=?p知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為
λ1=?p1，λ2=?p2
聯(lián)立以上各式解得：λ1=?m1v，λ2=?m2v
將m1=1.67×10?27kg，v=1×103m/s，?=6.63×10?34J?s，m2=1.0×10?2kg
代入上面兩式可解得
λ1=3.97×10?10m，λ2=6.63×10?35m。
探究點二、量子力學的建立和應用
知識深化
1.“量子”的理解
科學家在研究物理現(xiàn)象的過程中，發(fā)現(xiàn)基本粒子的能量不是連續(xù)的，而是類似于樓梯一個臺階一個臺階的，也就是說能量只能一份一份地變化。實際上任何能量變化都是量子化的，只不過在宏觀現(xiàn)象中表現(xiàn)不明顯，在微觀現(xiàn)象中就很容易觀察到。量子就是一個不可分割的基本個體。
2.量子力學建立的背景
19、20世紀之交，人們在黑體輻射、光電效應、氫原子光譜等許多類問題中，都發(fā)現(xiàn)了經典物理學無法解釋的現(xiàn)象。這就表明，微觀世界的物理規(guī)律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。
3.量子力學的發(fā)展史
（1）1900年12月14日，德國物理學家普朗克在柏林德國物理學會一次會議上提出了黑體輻射定律的推導，這一天被認為是量子力學理論的誕辰日。
（2）1925年，德國物理學家海森堡和玻恩作出了量子力學理論的第一種表述。利用矩陣力學的理論，求得描述原子內部電子行為的一些可觀察量的正確數值。
（3）1926年，奧地利物理學家薛定諤發(fā)表了波動力學，是量子力學的另一種數學表述。同年，薛定諤和美國物理學家?？ㄌ赜肿C明，兩種表述在數學上是等價的。
（4）玻恩首先使用“量子力學”這個名詞，1928年，英國的狄拉克等科學家又把上面的理論加以推廣，并與狹義相對論結合起來。
4.量子力學與牛頓經典力學的比較
5.量子力學的應用
量子力學在高速、微觀的現(xiàn)象范圍內具有普遍適用的意義。它是現(xiàn)代物理學基礎之一，在現(xiàn)代科學技術中的表面物理、半導體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導物理、量子化學以及分子生物學等學科的發(fā)展中，都有重要的理論意義。量子力學的產生和發(fā)展標志著人類認識自然實現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。
【題組過關】
1.2020年12月4日，中國科學技術大學宣布該校潘建偉團隊研發(fā)出76個光子的量子計算原型機“九章”。據說，“九章”求解高斯玻色取樣的數學難題只需要200秒，而當今世界最快的超級計算機“富岳”解決同樣的問題，需要6億年。這一突破使我國成為全球第二個實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。下列描述與“量子計算機”的原理相符的是( )
A.人們認識了原子的結構，以及原子、分子和電磁場相互作用的方式
B.根據量子力學，人們發(fā)展了各式各樣的對原子和電磁場進行精確操控和測量的技術
C.利用固體的微觀結構對電路進行操控，速度和可靠性都遠勝過去的電子管，而體積則小得多
D.人們認識了原子、原子核、基本粒子等各個微觀層次的物質結構
答案：C
解析：科學家們利用半導體的獨特性質發(fā)明了晶體管等各類固態(tài)電子器件，并結合激光光刻技術制造了大規(guī)模集成電路，俗稱“芯片”。這些器件利用固體的微觀結構對電路進行操控，速度和可靠性都遠勝過去的電子管，而體積則小得多?？克鼈?，人們才可以制造體積小且功能強大的電子計算機、智能手機等信息處理設備，C項正確。
2. 物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片。若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點跡；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結果有下列認識，其中正確的是( )
A.曝光時間不太長時，出現(xiàn)一些不規(guī)則的點跡，表現(xiàn)出光的波動性
B.單個光子通過雙縫后的落點無法預測
C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方
D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性
答案：B ; C
解析：曝光時間不太長時，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點跡，表現(xiàn)出光的粒子性，A項錯誤；光波是概率波，單個光子沒有確定的軌跡，故單個光子通過雙縫后的落點無法預測，故B項正確；光波是概率波，光子到達機會較多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而光子到達的機會較少的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋，故C項正確；題目中說：如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，說明大量光子表現(xiàn)為波動性，故D項錯誤。
3. 波粒二象性是微觀世界的基本特征，下列說法正確的是( )
A.光電效應和康普頓效應揭示了光的粒子性
B.電子束的晶體衍射實驗表明實物粒子具有波動性
C.動能相等的質子和電子的德布羅意波長相等
D.低頻電磁波的粒子性顯著，而高頻電磁波的波動性顯著
答案：A ; B
解析：光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性，故選項A正確；電子束射到晶體上產生的衍射圖樣說明電子具有波動性，故選項B正確；動能相等的質子和電子，它們的動量p=2m?Ek，質子與電子的質量不同，所以動能相等的電子與質子的動量是不同的，根據德布羅意波波長公式λ=?p，可知它們的德布羅意波長不相等，故選項C錯誤；電磁波的頻率越低，則能量值越小，頻率越高，則能量值越大，所以低頻電磁波的波動性顯著，而高頻電磁波的粒子性顯著，故選項D錯誤。
4. 2003年全世界物理學家評選出“十大最美物理實驗”，排名第一的為1961年物理學家利用“托馬斯·楊”雙縫干涉實驗裝置進行的電子干涉實驗。如圖所示，從輻射源射出的電子束經兩個靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上產生干涉條紋，該實驗說明( )
A.光具有波動性
B.光具有波粒二象性
C.微觀粒子也具有波動性
D.微觀粒子的波是一種電磁波
答案：C
解析：干涉現(xiàn)象是波的特征，電子是微觀粒子，它能產生干涉現(xiàn)象，表明電子等微觀粒子具有波動性。
5. 表中列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長，由表中數據可知( )
A.要檢測彈子球的波動性幾乎不可能
B.無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性
C.電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性
D.只有可見光才有波動性
答案：A ; B ; C
解析：由于彈子球德布羅意波長極短，故很難觀察其波動性；無線電波波長為3.0×102m，所以通常表現(xiàn)出波動性，很容易發(fā)生衍射；金屬晶體的晶格線度大約是10?10m數量級，所以波長為1.2×10?10m的電子可以觀察到明顯的衍射現(xiàn)象。故A、B、C三項正確。
6.任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應，波長滿足λ=?p，人們把這種波叫作德布羅意波。一個德布羅意波長為λ1的中子和另一個德布羅意波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核，該氚核的德布羅意波長為( )
A.λ1λ2λ1+λ2 B.λ1λ2λ1?λ2
C.λ1+λ22 D.λ1?λ22
答案：A
解析：中子的動量p1=?λ1，氘核的動量p2=?λ2，對撞后形成的氚核的動量p3=p2+p1，所以氚核的德布羅意波長為λ3=?p3=λ1λ2λ1+λ2，故A項正確。
7.現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構，為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為dn，其中n>1，已知普朗克常量?、電子質量m和電子電荷量e，電子的初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為( )
A.n2?2med2 B.(md2?2n2e3)13
C.d2?22men2 D.n2?22med2
答案：D
解析：電子的動量p=mv=2meU，德布羅意波長λ=?p=dn，兩式聯(lián)立可得加速電壓。
8.如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置，從燈絲F上漂出的熱電子可認為初速度為零，所加加速電壓U=104V，電子質量為m=0.91×10?30kg。電子被加速后通過小孔K1和K2后射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結果在照相底片上形成同心圓明暗條紋。普朗克常量?=6.63×10?34J?s。試計算電子的德布羅意波長。
答案：1.23×10?11m
解析：電子加速后的動能Ek=12mv2=eU
電子的動量p=mv=2mEk=2meU。
由λ=?p知，λ=?2meU
代入數據得λ≈1.23×10?11m
比較內容
牛頓經典力學
量子力學
粒子的特征
物質是由粒子組成的，粒子是一個實體
粒子是波，波是無邊無際的
研究對象
研究對象分成幾部分，可以對每一部分進行研究
不能把微觀體系看成是由可以分開的幾部分組成的，因為兩個粒子從波的角度來看，它們是糾纏在一起的
軌跡描述
可以同時用質點的位置和動量精確地描述它的運動，軌跡可以確定
不可能同時準確地知道粒子的位置和動量，不能用軌跡描述運動
運動預言
如果知道了加速度，可以預言質點在以后任意時刻的位置和動量
自然界在微觀層次上是由隨機性和機遇支配的，不能預言粒子的位置和動量
自然界的變化
自然界的變化是連續(xù)的
自然界的變化是不連續(xù)的
物體
質量/kg
速度/(m?s?1)
波長/m
彈子球
2.0×10?2
1.0×10?2
3.3×10?30
電子
9.1×10?31
5.0×106
1.2×10?10
無線電(1 MHz)
3.0×108
3.0×102