高中物理第十七章波粒二象性4概率波5不确定性关系达标训练新人教选修.docx_第1页
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文档简介

4 概率波 5 不确定性关系更上一层楼基础巩固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,这是互相矛盾和对立的B.光的波动性似于机械波,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.由于光既有波动性,又有粒子性,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解析:19世纪初,人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象,这属于波的特征,微粒说无法解释.但到了19世纪末又发现了光的新现象光电效应,这种现象波动说不能解释,证实光具有粒子性.因此,光既具有波动性,又具有粒子性,但不同于宏观的机械波和机械粒子.波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面,不同属性,我们无法只用其中一种说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性.选项D正确.答案:D2.下列叙述的情况正确的有( )A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B.光是波,与橡皮绳上的波类似C.光是一种粒子,它和物质作用是“一份一份”进行的D.光子在空间各点出现的可能性太大(概率),可以用波动的规律来描述解析:光的粒子性说明光是一种粒子,但到达空间某位置的概率遵守波动规律,与宏观概念的粒子和波有着本质的不同,所以选项A、B错误,D项正确.根据光电效应可知,光是一种粒子,光子与电子的作用是一对一的关系,所以选项C正确.答案:CD3.在双缝干涉实验中,在光屏上放上照相底片,并设法减弱光的强度,尽可能使光子一个一个地通过狭缝,在曝光时间不长和曝光时间足够长的情况下,实验结果是( )A.若曝光时间不长,则底片上出现一些无规则的点B.若曝光时间足够长,则底片上出现干涉条纹C.这一实验结果表明光具有波动性D.这一实验结果表明光具有粒子性解析:由于光具有波粒二象性,光是一种粒子,但到达某位置的概率遵守波动规律,所以曝光时间不长时,光子到达的位置具有不确定性,所以选项A正确.但若曝光时间足够长,则在亮条纹处出现的光子数较多,所以选项B正确.光具有波粒二象性,所以选项C、D正确.答案:ABCD4.光既具有波动性,又具有粒子性.大量光子表现出的_强,少量光子表现出的_强;频率高的光子表现出的_强,频率低的光子表现出的_强.解析:光的波粒二象性是光同时具有的性质,只是在不同的场合表现不同.光波与机械波不同,它是一种概率波,某一个光子在某一时刻出现在什么位置是不确定的,少量光子表现出的粒子性较强,但大量光子就表现出了一种规律性,在某些位置出现的几率小.因此,大量光子表现出的波动性就较强.另外,频率高的光子不容易发生干涉、衍射现象,表现出的粒子性就较强,频率低的光子容易发生干涉、衍射现象,表现出的波动性就较强.答案:波动性 粒子性 粒子性 波动性5.在光的单缝衍射实验中,狭缝变窄,光子动量的不确定量如何变化?请用实验现象解释这个结论.解析:在单缝衍射现象中,光子在到达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后有些光子跑到投影位置以外,我们可以说这些光子具有了与其原来运动方向垂直的动量.由于哪个光子到达屏上的哪个位置完全是随机的,所以光子在垂直运动方向上的动量也具有不确定性,不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量.为了更准确地测定通过狭缝的光子的位置,我们可以选用更窄的狭缝,但是,从衍射的规律可以知道,狭缝越窄,屏上中央亮条纹就越宽.这表明,尽管更窄的狭缝可以更准确地测得光子的位置,但光子动量的不确定量却更大了.6.为什么说光具有波粒二象性?怎样理解光的波粒二象性?解析:光的干涉、衍射、偏振现象等都证明光具有波动性,光电效应、康普顿效应证明光具有粒子性.无法用其中的一种性质解释所有光现象,所以光具有波粒二象性.波动性和粒子性不是均衡表现的,大量光子表现出波动性,个别光子表现出粒子性;光在传播时表现出波动性,与其他物质相互作用时表现出粒子性,波长较长时波动性显著,波长较短时粒子性显著,光波是一种概率波.7.有人说光的波动性是因为光子之间的相互作用的结果,你认为对吗?可以通过一个怎样的实验来说明你的观点?解析:不对.在双缝干涉实验中可以使光源S非常弱,以至于在前一个光子到达屏幕之后才发射第二个光子,这样就排除了光子之间相互作用的可能性.实验结果表明,尽管单个光子的落点不可预知,但是长时间曝光之后仍得到干涉条纹.可见,光的波动性不是光子之间的相互作用引起的,而是光子的固有属性.综合应用8.人们能准确预知单个粒子的运动情况吗?解析:由xp可知,我们不能准确知道单个粒子的实际运动情况,但可以知道大量粒子运动时的统计规律.当粒子数很少时,我们不能预言粒子通过挡板上的狭缝后落在屏上的什么位置,但可以准确地知道粒子落在屏上某点的概率;概率大的位置正好是某种波通过狭缝发生衍射时产生亮条纹的位置.9.有人说:“在微观物理学中,由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量,粒子出现的位置是无规律可循的.”请你对以上说法做出评论.解析:这种说法不对.例如在单缝衍射现象中,当粒子数很少时,我们不能预言粒子通过挡板上的狭缝后落在屏上的位置,但却可以准确地知道粒子落在屏上某点的概率;概率大的位置正好是某种波通过狭缝发生衍射时产生条纹的位置.在玻尔理论中,认为核外电子在不同轨道上绕核旋转,后来人们认识到这种假说是不完善的,在现代的量子力学中认为,核外力电子并没有确定的轨道,玻尔的电子轨道,只不过是电子出现概率最大的地方,把电子的概率分布用图象表示时,用小黑点的稠密程度代表概率的大小,其结果如果电子在原子核周围形成云雾,称为“电子云”.10.在双缝干涉实验中,某光子打在光屏上的落点能预测吗?大量的光子打在光屏上的落点是否有规律?请用概率波的观点解释双缝干涉图样的形成.解析:在光的双缝干涉实验中,某个光子打在光屏上的落点根本不能预测,但大量光子打在光屏上将形成明暗相间的干涉条纹,这说明光子落在各点的概率是不一样的,光子落在明条纹处的概率大,落在暗条纹处的概率小.光子在空间出现的概率遵循波动规律.所以光波是一种概率波.11.电子的质量me=9.010-31 kg,测定其速度的不确定量为210-6 m/s.求其位置测定的不确定量(=5.31035 Js).解析:由不确定性关系时进行计算由不确定性关系xpx;px=mv知x= m29.4 m.12.原子核的半径为10-15 m,估计核内质子的动量不确定范

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