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1、2022-2023學(xué)年高中物理 課時提升作業(yè)十五 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性 教科版選修3-5 一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分) 1.人類在對光的本性認(rèn)識的過程中先后進(jìn)行了一系列實驗,下面四個示意圖所表示的實驗不能說明具有波動性的是　(　　) 【解析】選C。A為單縫衍射,B為雙縫干涉,D為薄膜干涉,均說明光具有波動性,而C為光電效應(yīng)現(xiàn)象實驗,說明光具有粒子性。 2.(多選)關(guān)于對光的本性的認(rèn)識,下列說法中正確的是　(　　) A.牛頓的微粒說與惠更斯的波動說第一次揭示了光具有波粒二象性 B.牛頓的微粒說與愛因斯坦的光子說沒有本質(zhì)的區(qū)別 C.麥克

2、斯韋從理論上指出電磁波傳播速度跟光速相同,他提出光是一種電磁波 D.麥克斯韋的電磁說與愛因斯坦的光子說說明光具有波粒二象性 【解析】選C、D。牛頓的微粒說和惠更斯的波動說都試圖用一種觀點解釋所有的現(xiàn)象,而牛頓的微粒說認(rèn)為光是由彈性微粒組成的,與愛因斯坦的光子說有本質(zhì)的區(qū)別,A、B均錯誤;麥克斯韋的電磁說說明光是一種電磁波,而愛因斯坦的光子說又說明光具有粒子性,故C、D均正確。 3.(多選)下列敘述的情況正確的是　(　　) A.光的粒子性說明每個光子就像一個極小的球體 B.光是與橡皮繩形成的繩波相似的波 C.光是一種粒子,它和其他物質(zhì)作用是“一份一份”進(jìn)行的 D.光子在空間各點出現(xiàn)

3、的可能性大小(概率),可以用波動的規(guī)律來描述 【解析】選C、D。光的粒子性體現(xiàn)在其能量是一份一份的,可知它和其他物質(zhì)作用時也是一份一份進(jìn)行的.但其一份并不等同于宏觀物質(zhì)的實物球體,其波動性與機(jī)械波具有本質(zhì)的區(qū)別。 【總結(jié)提升】光的波粒二象性問題的解題方法 (1)宏觀世界中,波和粒子是對立的概念,而在微觀世界中,波和粒子可以統(tǒng)一。只是由于我們經(jīng)驗局限于宏觀物體的運動,微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同,但我們沒有直觀的經(jīng)驗去體會。 (2)光既不是宏觀觀念的波,也不是宏觀觀念的粒子,光的波粒二象性是指光在傳播過程中同物質(zhì)作用時,表現(xiàn)出波或粒子的特性。 4.在下列各組所說的兩個現(xiàn)象中,都表現(xiàn)

4、出光具有粒子性的是　(　　) A.光的折射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象 B.光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象 C.光的衍射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象 D.光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng) 【解析】選D。干涉、衍射、色散、偏振都是光的波動性的表現(xiàn),只有光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)是光的粒子性的表現(xiàn),D正確。 5.下列說法正確的是　(　　) A.有的光是波,有的光是粒子 B.光發(fā)生干涉現(xiàn)象時,光只有波動性沒有粒子性 C.光的波長越長,其波動性越顯著,波長越短,其粒子性越顯著 D.光既有波動性又有粒子性,說明光既是波又是粒子 【解析】選C。從光的波粒二象性可知:光是同時具有波粒二象性的,只不過在有的情況下波動性顯著,有的情況

5、下粒子性顯著,A選項錯。同理,光的波粒二象性說明光子在空間各點出現(xiàn)的規(guī)律可以用波動規(guī)律來描述,與其他物質(zhì)相互作用時可以用粒子性解釋,不能說光既是波又是粒子,D選項錯。光顯示出波動性,但不能因此否定其粒子性,B選項錯。光的波長越長,越容易觀察到其顯示的波動特征。故上述選項中正確的是C。 6.(多選)對光的認(rèn)識,下列說法中正確的是　(　　) A.個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性 B.光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動性時,就不再具有粒子性了;光表現(xiàn)出粒子性時,就不再具有波動性了 D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種場合下光的

6、波動性表現(xiàn)得明顯,在另外的某種場合下,光的粒子性表現(xiàn)得明顯 【解析】選A、B、D。光是一種概率波,少量光子的行為顯示出粒子性,大量光子的行為顯示波動性,A正確;由光的雙縫干涉實驗可知,由于光源非常弱,使它在前一個光子到達(dá)屏幕之后才發(fā)射第二個光子,這樣就排除了光子之間相互作用的可能性,但長時間曝光之后仍然得到一樣的條紋分布,B正確;粒子性和波動性是光同時具備的兩個特性,C錯,D正確。 二、非選擇題(本大題共2小題,共20分) 7.(10分)假如一個光子與一個靜止的電子碰撞,光子并沒有被吸收,只是被電子反彈回來,散射光子的頻率與原來光子的頻率相比哪個大?為什么? 【解析】碰撞后光子動量減小

7、,而p=,所以波長變大,又由c=λν知ν變小.所以原來光子的頻率大。 答案:見解析 8.(10分)在實驗室的一個密閉暗箱內(nèi),依次放置小燈泡(緊靠暗箱左壁)、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、感光膠片(緊靠暗箱右壁),如圖所示。小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱,經(jīng)多次曝光,感光膠片上“針尖造影”的周圍,才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋。測量結(jié)果表明,每秒到達(dá)膠片的“光能量”為5×10-13J。已知有效光波波長為500nm,暗箱長度為1.2m,設(shè)光子依次通過狹縫,普朗克常數(shù)為6.63×10-34J·s,求: (1)每秒到達(dá)膠片的光子數(shù)。 (2)光束中“兩相鄰光子”先、后到達(dá)膠片的時間及其平均

8、距離。 (3)第(2)問的結(jié)果,能否支持光是“概率波”?請簡要說明理由。 【解題指南】解答本題時應(yīng)把握以下兩點: (1)“光能量”與光子能量的關(guān)系。 (2)相鄰兩光子間的時間間隔相等。 【解析】(1)設(shè)每秒到達(dá)膠片的“光能量”、光子的能量分別為E0、E,則依據(jù)已知條件、光子說等可得每秒到達(dá)膠片的光子數(shù)n=E0/E=E0/hν=E0λ/hc 代入已知數(shù)據(jù),可得n=1.26×106(個) (2)所謂光子“依次”到達(dá)膠片,即光子一個一個地通過狹縫.已知暗箱長度L=1.2m,則光束中兩相鄰光子先后到達(dá)膠片的時間Δt==8.0×10-7s 兩相鄰光子的平均距離Δs=c·Δt=2.4×102m (3)分析第(2)問的結(jié)果,Δs?L,可知在熏黑的玻璃“右側(cè)”不可能同時有兩個運動的光子,表明衍射條紋絕不是光子相互作用產(chǎn)生的,而是不同時刻到達(dá)膠片的許多光子、各自獨立作用的積累效果。在膠片的衍射明紋、暗紋區(qū),則分別表明光子到達(dá)該處的“機(jī)會”較大、較小,即光是一種“概率波”。 答案:(1)1.26×106(個) (2)8.0×10-7s　2.4×102m　(3)見解析