高中物理第十七章第四节概率波第五节不确定性关系课堂探究学案新人教选修Word文档下载推荐.docx
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探究二对不确定性关系的理解
对微观粒子的分析能不能用“轨迹”来描述呢?
微观粒子的运动遵循不确定关系,也就是说,要准确确定粒子的位置,动量(或速度)的不确定量就更大;
反之,要准确确定粒子的动量(或速度),位置的不确定量就更大,也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。
因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。
1.粒子位置的不确定性:
单缝衍射现象中,入射的粒子有确定的动量,但它们可以处于挡板另一侧的任何位置,也就是说,粒子在挡板另一侧的位置是完全不确定的。
2.粒子动量的不确定性:
微观粒子具有波动性,会发生衍射。
大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后,有些粒子跑到投影位置以外。
这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量。
由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是随机的,所以粒子在垂直入射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。
3.位置和动量的不确定性关系:
ΔxΔp≥
。
由ΔxΔp≥
可以知道,在微观领域,要准确地确定粒子的位置,动量的不确定性就更大;
反之,要准确地确定粒子的动量,那么位置的不确定性就更大。
如将狭缝变成宽缝,粒子的动量能被精确测定(可认为此时不发生衍射),但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了;
反之取狭缝Δx→0,粒子的位置测定精确了,但衍射范围会随Δx的减小而增大,这时动量的测定就更加不准确了。
4.微观粒子的运动没有特定的轨道。
在经典物理学中,可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动。
而且如果知道了质点的加速度,还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量,从而描述它的轨迹。
但是,在微观物理学中,不确定性关系告诉我们,如果要准确地确定粒子的位置,那么动量的测量一定会不准确,也就是说,不可能同时准确地知道单个粒子的位置和动量,因而也就不可能用“轨迹”来描述这一粒子的运动,但是我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。
一个宏观系统总是包含着大量粒子,因此我们仍然能够对宏观现象进行预言。
警示
(1)不确定性关系不是说微观粒子的位置坐标测不准,也不是说微观粒子的动量测不准,更不是说微观粒子的动量和坐标都测不准,而是说微观粒子的位置坐标和动量不能同时测准。
(2)普朗克常量是不确定性关系中的重要角色,如果h的值可忽略不计,这时物体的位置、动量可同时有确定的值;
如果h不能忽略,这时必须考虑微粒的波粒二象性。
h是划分经典物理学和量子力学的一个界线。
【例题2】已知
=5.3×
10-35J·
s。
试求下列情况中速度测定的不确定量。
(1)一个球的质量m=1.0kg,测定其位置的不确定量为10-6m;
(2)电子的质量me=9.0×
10-31kg,测定其位置的不确定量为10-10m(即在原子的数量级)。
点拨:
利用ΔxΔp≥
计算。
(1)当m=1.0kg,Δx=10-6m时,由ΔxΔp≥
,Δp=mΔv知Δv1≥
=
m/s=5.3×
10-29m/s。
(2)当me=9.0×
10-31kg,Δx=10-10m时,
Δv2≥
m/s=5.89×
105m/s。
(1)大于等于5.3×
10-29m/s
(2)大于等于5.89×
105m/s
反思宏观世界中物体质量比微观世界中的粒子质量大许多倍,正是因为宏观物体质量较大,其位置和速度的不确定量极小,通常不计,可以认为其位置和速度(动量)可精确测定;
而微观粒子由于其质量极小,其位置和动量的不确定性非常明显,不可忽略,故不能准确描述粒子的运动状态。
触类旁通通过对例题2的计算,你认为物体质量的大小对其位置的确定有什么影响?
由计算结果可知,在
一定时,质量越大,位置不确定量与其自身的大小相比越小,反之则大。
也就是说,不能用轨迹来描述微观粒子的运动。
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;
非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;
在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.如图所示,平行金属板中带电油滴P原来处于静止状态,不考虑电流表和电压表对电路的影响,R1的阻值和电源内阻r相等。
当滑动变阻器的滑片向b端移动时()
A.R3上消耗的功率逐渐增大
B.电流表读数减小,电压表读数增大
C.质点P将向上运动
D.电源的输出功率逐渐增大
2.如图所示的电路中,电源的电动势E和内阻r一定,A、B为平行板电容器的两块正对金属板,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。
当R3的滑动触头P在a端时,闭合开关S,此时电流表A和电压表V的示数分别为I和U。
以下说法正确的是
A.若仅将R3的滑动触头P向b端移动,则Ⅰ减小,U增大
B.若仅增大A、B板间距离,则电容器所带电荷量增大
C.若仅用更强的光照射R1,则Ⅰ增大,U增大
D.若仅用更强的光照射R1,则U变化量的绝对值与Ⅰ变化量的绝对值的比值不变
3.倾角为θ=45°
、外表面光滑的楔形滑块M放在水平面AB上,滑块M的顶端0处固定一细线,细线的另一端拴一小球,已知小球的质量为m=
kg,当滑块M以a=2g的加速度向右运动时,则细线拉力的大小为(取g=10m/s2)()
A.10NB.5NC.
ND.
N
4.一质点由静止开始按如图所示的规律运动,下列说法正确的是()
A.质点在2t0的时间内始终沿正方向运动,且在2t0时距离出发点最远
B.质点做往复运动,且在2t0时回到出发点
C.质点在t0时的速度最大,且最大的速度为
D.质点在2t0时的速度最大,且最大的速度为a0t0
5.某同学将一闭合电路电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中,如图中的a、b、c所示,则下列判断正确的是
A.直线a表示电源内部的发热功率随电流I变化的图线
B.曲线b表示电源的总功率随电流I变化的图线
C.曲线c表示电源的输出功率随电流I变化的图线
D.电源的电动势E=3V,内电阻r=2Ω
6.如图所示,三根轻细绳悬挂两个质量相同的小球保持静止,A、D间细绳是水平的,现对B球施加一个水平向右的力F,将B缓缓拉到图中虚线位置,这时三根细绳张力
的变化情况是
A.都变大B.
和
变大,
不变
C.
不变D.
二、多项选择题
7.下列说法中正确的是____________
A.若两分子间距离增大,分子势能可能增大
B.同种物质在不同条件下所生成的晶体的微粒排列规律都相同
C.用手捏馒头,馒头体积会缩小,说明分子之间有间隙
D.热量可以从低温物体传到高温物体
E.对于一定质量的理想气体,在压强不变而体积增大时,单位时间碰撞容器壁单位面积的分子数一定减少
8.关于热现象,下列说法正确的是_______
A.1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能
B.气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关
C.热力学过程中不可避免地出现能量耗散现象,能量耗散不符合热力学第一定律
D.第二类永动机不可能制成是因为它违反了热力学第二定律
E.某种液体的饱和蒸气压与温度无关
9.关于分子运动论、热现象和热学规律,以下说法中正确的有()
A.随分子间的距离增大,分子间的斥力减小,分子间的引力增大
B.液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离,液体表面存在张力
C.气体对容器壁的压强,是由气体分子对容器壁的频繁碰撞造成的
D.随着分子间距离的增大,分子势能可能先增大后减小
E.晶体熔化时吸收热量,分子平均动能不变
10.如图所示为远距离输电示意图,发电机的输出电压U1及输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变,夜幕降临当用户开启的用电器越来越多时。
下列表述正确的是()
A.升压变压器次级电压U2降低
B.降压变压器初级电压U3降低
C.输电线消耗的功率增大
D.发电机的输出功率不变
三、实验题
11.如图所示,在y轴左侧有半径为R的圆形边界匀强磁场,其圆心为x轴上的P点,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里。
y轴右侧有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为
,两磁场的边界相切于O点。
在磁场中距离O点右侧R的N点处有一个厚度忽略不计,宽度很窄的挡板,粒子与该挡板碰撞后速度大小不变,反弹后的角度与碰撞前相同(类似光的反射)。
现一质量为m,带电量为+q的粒子从A点以速度v,(大小未知)沿着x轴正方向射入磁场,经过一段时间后射离圆形边界的磁场,其速度方向偏离原来方向的夹角为45°
.忽略重力和空气阻力。
求:
(1)粒子从A出发到第一次离开圆形边界磁场所用的时间;
(2)粒子能否再回到A点,若不能,说明理由;
若能,求从A点出发到回到A点所用的时间。
12.如图甲所示,质量M=1.0kg的长木板A静止在光滑水平面上,在木板的左端放置一个质量m=1.0kg的小铁块B,铁块与木板间的动摩擦因数μ=0.2,对铁块施加水平向右的拉力F,F大小随时间变化如图乙所示,4S时撤去拉力.可认为A、B间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取重力加速度g=10m/s2.求:
(1)0~1S内,A、B的加速度大小;
(2)B相对A滑行的最大距离s;
(3)0~4s内,拉力做的功W.
四、解答题
13.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面是边长为a的等边三角形,如图所示.有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为
,光在空气中传播的速度为c.求:
(1)光束在桌面上形成的光斑半径R
(2)光束在玻璃中传播的时间t
14.如图所示,水平放置的足够长的平行金属导轨MN、PQ的一端用导线相连,不计电阻的导体棒ab静置在导轨的左端MP处,并与MN垂直。
以导轨PQ的左端为原点O,建立直角坐标系xOy,Ox轴沿PQ方向。
每根导轨单位长度的电阻为R,垂直于导轨平面的非匀强磁场磁感应强度在y方向不变,在x方向上变化规律为:
,并且x≥0。
现在导体棒中点施加一垂直于棒的水平拉力F,使导体棒由静止开始向右做匀加速直线运动,加速度大小为a。
设导体棒的质量为m,两导轨间距为L,不计导体棒与导轨间的摩擦,导体棒与导轨接触良好,不计其余部分的电阻。
(1)如果已知导体棒从x=0运动到x=x0的过程中,力F做的功为W,求此过程回路中产生的焦耳热Q;
(2)求导体棒从x=0运动到x=x0的过程中,通过金属棒的电荷量q;
(3)请通过分析推导出水平拉力F的大小随横坐标x变化的关系式。
【参考答案】
题号
1
2
3
4
5
6
答案
D
A
C
B
7.ADE
8.ABD
9.BCE
10.BC
11.
(1)
(2)
12.
(1)
,
;
(2)s=2m;
(3)W=40J
13.
(1)R=2r
(2)
14.
(1)
(3)
1.2018年11月1日,我国第41颗北斗导航卫星“吉星”成功发射,该卫星工作在地球静止同步轨道上,可以对地面上的物体实现厘米级的定位服务。
已知地球表面的重力加速度为g,地球半径为R,该卫星绕地球做圆周运动的周期为T。
则下列说法正确的是:
A.该卫星的发射速度小于第一宇宙速度
B.该卫星运行的加速度大小为
C.该卫星运行的线速度大小为
D.该卫星做圆周运动的轨道半径为
2.某卫星沿椭圆轨道绕地球运动,示意图如图所示,已知地球半径为R,地球表面的重力加速度为g,卫星在远地点P距地心O的距离为3R.则()
A.卫星沿椭圆轨道运动的加速度大小为
B.卫星在远地点P时的加速度等于
C.卫星在远地点P时的速度等于
D.卫星在P点适当加速后可绕地球球心O点作半径为3R的匀速圆周运动
3.如图所示,轻质弹簧的一端固定在墙上,另一端与质量为m的物体A相连,A放在光滑水平面上,有一质量与A相同的物体B,从高h处由静止开始沿光滑曲面滑下,与A相碰后一起将弹簧压缩,弹簧复原过程中某时刻B与A分开且沿原曲面上升.下列说法正确的是()
A.弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为mgh
B.弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能为
C.B能达到的最大高度为
D.B能达到的最大高度为h
4.如图,斜面光滑的斜劈静止在水平地面上,放在斜劈上的物体受到平行于斜面向下的力F作用,沿斜面向下运动,斜劈保持静止。
下列说法正确的是
A.地面对斜劈没有摩擦力作用
B.地面对斜劈的摩擦力方向水平向右
C.若F增大,地面对斜劈的摩擦力也增大
D.若F反向,地面对斜劈的摩擦力也反向
5.一质点由静止开始按如图所示的规律运动,下列说法正确的是()
6.某汽车在启用ABS刹车系统和不启用该刹车系统紧急刹车时,其车速与时间的变化关系分别如下图中的①、②图线所示.由图可知,启用ABS后
A.t1时刻车速更小
B.0~t1的时间内加速度更小
C.加速度总比不启用ABS时大
D.刹车后前行的距离比不启用ABS更短
7.一列简谐横波某时刻的波形如图(a)所示,从该时刻开始计时,质点A的振动图像如图(b)所示,下列说法正确的是_________
A.t=0.6s时,质点P的位移为2m
B.0~0.6s内,质点P运动的路程为6m
C.t=0.6s时,波传播的距离为6m
D.若t=0时,振动刚刚传到A点,则t=1.6s时,x=50m的质点第二次位于波峰
E.若t=0时,振动刚刚传到A点,则t=2.4s时,x=50m的质点第二次位于波峰
8.如图所示,物体自O点由静止开始做匀加速直线运动,A、B、C、D为其运动轨迹上的四点,测得AB=2m,BC=3m。
且物体通过AB、BC、CD所用的时间相等,则下列说法正确的是()
A.可以求出物体加速度的大小
B.可以求得CD=4m
C.可以求得OA之间的距离为1.125m
D.可以求得OB之间的距离为12.5m
9.理想降压变压器接如图所示电路,a、b接一稳定的正弦交流电源,电阻R0为定值电阻,R为光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小),各表均为理想电表。
现改变光照强度观察到A2的示数减小,下列说法正确的是
A.电压表V1示数不变
B.电压表v2的示数变小
C.电压表V3示数变小
D.电流表A1示数变小
10.如图所示,电源电动势为E,内阻为r,C为电容器,L为小灯泡,R为定值电阻,闭合开关,小灯泡能发光.现将滑动变阻器滑片向右滑动一段距离,滑动前后理想电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则()
A.电容的带电量变大
B.灯泡亮度变亮
与
均保持不变
D.当电路稳定后,断开开关,小灯泡立刻熄灭
11.如图所示,正方体木块漂浮在水平上,将其稍向下压后放手,试证明木块是否做简谐运动.
12.如图所示,某水上游乐场进行项目表演:
一对选手甲、乙(均视为质点)沿滑道(末端切线水平方向)从M点静止下滑到最低点N时,选手甲迅速将质量为m的选手乙沿水平方向推出,然后自己刚好停在N点。
M、N两点高度差为h,N点离水平面的高度为4h,选手乙落水点P与N点的水平距离为8h,不计滑道摩擦力和空气阻力。
(1)选手甲的质量;
(2)推出选手乙过程中,选手甲做的功.
13.如图,一对竖直平行放置的金属极板PQ、MN间距为d、板长为2d。
两极板通过导线分别连接一对金属导轨。
两导轨的间距为l,平行固定在倾角为θ的斜面上,顶端连接阻值为R的电阻。
一金属棒ab质量为m、电阻r=
,水平放置在导轨上,构成闭合回路。
导轨所在区域充满匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上。
ab棒沿导轨下滑的速度大小为v时,恰好保持匀速。
此时,从PQ板的上端P将一带电小球以大小为E的初动能射入极板间,结果小球沿直线PN运动,到N点射出时动能为4Ek.已知导轨足够长且可忽略空气阻力,重力加速度大小为g。
(1)求ab棒与导轨间的动摩擦因数;
(2)求带电小球的质量m0和电荷量q;
(3)若将该带电小球改为从MN板的上端M以相同的初动能Ek沿MQ连线方向射入极板间,求带电小球从极板间射出时的位置和动能。
14.在水平桌面上固定一个轻质滑轮,其边缘系着不可伸长的轻绳,绳的另一端系着一个可视为质点的物块,物块的质量m=lkg。
当滑轮以角速度ω=4rad/s匀速转动时,物块被带动一起旋转,达到稳定状态后,二者角速度相同。
此时物块距离滑轮中心O的距离为R=15cm,绳子与滑轮边缘相切,如图所示。
突然绳子断裂,物块在桌面上沿直线运动s=10cm后,速度减为零。
重力加速度g=10m/s2,求
(1)物块与桌面之间的动摩擦因数μ;
(2)稳定转动时,绳子的拉力T和绳子与滑轮的切点到物块的距离l。
7.ABE
8.BC
9.AD
11.是简谐运动,证明见解析
(2)W=3mgh
13.
(1)
(2)带电小球的质量为
,电荷量为
(3)若将该带电小球改为从MN板的上端M以相同的初动能Ek沿MQ连线方向射入极板间,带电小球从极板间射出时的位置在N点左侧与N点的距离为
,动能为
传送带被广泛地应用于码头、机场和车站,如图所示为一水平传送带的装置示意图,紧绷的传送带AB始终保持恒定的速率V=1m/s运行.将一质量m=4kg的行李无初速地放在A处,传送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动,随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动.设行李与传送带之间的动摩擦因数μ=0.1,A、B间的距离L=2m,g取10m/s2.
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