17-4、5概率波和不确定性关系

17-4.5概率波和不确定性关系基础夯实1．下列说法正确的是()A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上答案：B解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；光的双缝干涉实验中，若有一个光子，这个光子的落点是不确定的，但有概率较大的位置。2．如图所示是一个粒子源，产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光。那么在荧光屏上将看到()A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有条纹D．只有一条亮纹答案：B解析：由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以选项B正确。3．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路线是直线D．光的波动性是大量光子运动的规律答案：AD解析：个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，如果时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A、D选项正确。单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，B、C选项错。4．经150V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则()A．所有电子的运动轨迹均相同B．所有电子到达屏上的位置坐标均相同C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D.电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置答案：D解析：电子被加速后穿过铝箔时发生衍射。5．对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是()A．不受外力作用时光子就会做匀速运动B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动C．只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度D．运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律答案：D解析：光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定关系可知，选项C错误，故选D。6．在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，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两种情况下，其实验结果是()①若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点②若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹③这一实验结果证明了光具有波动性④这一实验结果否定了光具有粒子性A．①②③对B．①②④对C．①③④对D．②③④对答案：A解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子行为表现为粒子性。上述实验表明光具有波粒二象性，故①②③正确，即A正确。7．一电子具有200m·s－1的速率，动量的不确定范围是0.01%，我们确定该电子位置时，有多大的不确定范围？(电子质量为9.1×10－31kg)答案：Δx≥2.90×10－3m解析：由不确定性关系ΔxΔp≥h4π得：电子位置的不确定范围Δx≥h4πΔp＝6.63×10－344×3.14×9.1×10－31×200×0.01%m＝2.90×10－3m.8．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。答案：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。能力提升1．(2012·攀枝花模拟)下列说法正确的是()A．光波是一种概率波B．光波是一种电磁波C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变D．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变答案：AB解析：据光的电磁说可知B选项正确。据光的波粒二象性可知，光是一种概率波，A选项正确，任何单色光在传播过程中其频率总保持不变，但波速v却随介质的改变而改变(v＝cn)。据E＝hν知，单色光在传播过程中，单个光子的能量总保持不变，C选项不正确。据n＝cv，v＝νλ得λ＝cν·n，光密介质的折射率较大，故当光从光密介质进入光疏介质时波长变大，D选项错误。2．根据不确定性关系ΔxΔp≥h4π，判断下列说法正确的是()A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案：AD解析：不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关。无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度，故A、D正确。3．下列说法中正确的是()A．光的波粒二象性，就是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说C．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征D．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波答案：CD解析：牛顿的微粒说认为光是由物质微粒组成的，惠更斯的波动说认为光是机械波，都是从宏观现象中形成的观念，都不正确。4．(2012·宁波市效应中学高二期末)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则()A．图像(a)表明光具有粒子性B．图像(c)表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波答案：ABD5．在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×10－9m，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？答案：Δp≥0.53×10－25kg·m/s解析：单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量即Δx＝1.0×10－9m，由ΔxΔp≥h4π有：1．0×10－9×Δp≥6.63×10－344π，则Δp≥0.53×10－25kg·m/s6．我们能感知光现象，是因为我们接收到了一定能量的光，一个频率是106Hz的无线电波的光子的能量是多大？一个频率为6×1014Hz的绿色光子和1018Hz的γ光子的能量各是多大？请结合以上光子能量的大小，从概率波的角度说明：为什么低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著。答案：由公式E＝hν得：E1＝hν1＝6.63×10－34×106J＝6.63×10－28JE2＝hν2＝6.63×10－34×6×1014J＝3.978×10－19JE3＝hν3＝6.63×10－34×1018J＝6.63×10－16J低频电磁波的光子能量小，波长长，容易观察到干涉和衍射现象，波动性显著，在衍射的亮纹处表示到达的光子数多，概率大，而在暗纹处表示到达的光子数少，概率小，相比之下，高频电磁波光子能量大，波长极短，很难找到其发生明显衍射的狭缝或障碍物，因而波动性不容易观察到，粒子性显著。