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2019-2020年高中物理 第二章 波和粒子 2.3 光是波還是粒子課后訓(xùn)練 滬科版選修3-5 1．在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是（　?。?。 A．使光子一個(gè)一個(gè)的通過單縫，如果時(shí)間足夠長，底片上會出現(xiàn)衍射圖樣 B．單個(gè)光子通過單縫后，底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣 C．光子通過單縫的運(yùn)動路線像水波一樣起伏 D．單個(gè)光子通過單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機(jī)性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性 2．用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖（a）（b）（c）所示的圖像，則（　?。? A．圖像（a）表明光具有粒子性 B．圖像（c）表明光具有波動性 C．用紫外光觀察不到類似的圖像 D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波 3．在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，會產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則可知該X射線管發(fā)出的X光的（　?。?。 A．最短波長為　　　B．最長波長為 C．最小頻率為 D．最大頻率為 4．在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達(dá)觀察屏的位置，下列說法正確的是（　?。? A．到達(dá)亮紋處的概率比到達(dá)暗紋處的概率大 B．到達(dá)暗紋處的概率比到達(dá)亮紋處的概率大 C．該光子可能到達(dá)光屏的任何位置 D．以上說法均有可能 5．關(guān)于光的本性，以下說法中正確的是（　?。?。 A．光的頻率越大，光子的能量越小 B．光的波長越長，光的頻率也越大 C．光的顏色與光的頻率無關(guān) D．光既具有波動性，又具有粒子性 6．xx年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動量，則（　?。? A．，p＝0 B．， C．，p＝0 D．， 7．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若在像屏處放上照相底片，并使光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，如果曝光時(shí)間不太長，底片上出現(xiàn)________；如果曝光時(shí)間足夠長，底片上出現(xiàn)__________。 8．20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板，整個(gè)裝置如圖所示，小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋，泰勒對此照片的平均黑度進(jìn)行測量，得出每秒到達(dá)底片的能量是510－13 J。 （1）假設(shè)起作用的光波長約為500 nm，計(jì)算從一個(gè)光子到達(dá)和下一個(gè)光子到達(dá)所相隔的平均時(shí)間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離； （2）如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的箱子長為1.2 m，根據(jù)（1）的計(jì)算結(jié)果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？  參考答案 1．答案：AD 解析：根據(jù)光的波粒二象性知，A、D正確，B、C錯(cuò)誤。 2．答案：ABD 解析：圖像（a）表明單個(gè)光子的運(yùn)動落點(diǎn)無規(guī)律，表現(xiàn)出光的粒子性，選項(xiàng)A正確；圖像（c）表明大量光子運(yùn)動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，選項(xiàng)B正確；用任意單色光做實(shí)驗(yàn)都能得到類似的結(jié)果，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明光子到達(dá)各個(gè)地方的幾率不一樣，光是一種概率波，選項(xiàng)D正確。 3．答案：D 解析：波長最短的光子能量最大，其能量E＝hν＝＝eU，所以，，D項(xiàng)正確。 4．答案：AC 解析：根據(jù)概率波的含義，一個(gè)光子到達(dá)亮紋處的概率要比到達(dá)暗紋處的概率要大得多，但并不是一定能夠到達(dá)亮紋處，故A、C正確。 5．答案：D 解析：根據(jù)E＝hν知，光子的頻率越大，光子的能量越大，A錯(cuò)誤；根據(jù)知，光的波長越長，光的頻率越小，B錯(cuò)誤；不同頻率的光顏色不同，光的顏色與光的頻率有關(guān)，C錯(cuò)誤；光具有波粒二象性，D正確。 6．答案：D 解析：根據(jù)E＝hν，且，c＝λν可得X射線每個(gè)光子的能量為，每個(gè)光子的動量為。 7．答案：無規(guī)則分布的光點(diǎn)　規(guī)則的干涉圖樣 解析：解此類題的關(guān)鍵是要理解以下知識要點(diǎn)：（1）光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，也就是說光具有波粒二象性。（2）光的波動性在光的傳播過程中表現(xiàn)出來，具有一定的波長和頻率，能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象；光的粒子性在它與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出來，光子具有一定的能量（E＝hν）和動量（）。在雙縫實(shí)驗(yàn)中，如能使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，如果曝光時(shí)間短時(shí)，底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)子，形不成干涉特有的明、暗相間的條紋，表現(xiàn)出光的粒子性。點(diǎn)子分布看似無規(guī)則，但在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實(shí)驗(yàn)規(guī)律；如果曝光時(shí)間足夠長，底片上就出現(xiàn)如同強(qiáng)光短時(shí)間曝光一樣的規(guī)則的干涉條紋。在干涉條紋中亮度大的地方，也就是光子到達(dá)機(jī)會多的地方。所以，這種意義上，可以把光的波動性看做表明光子運(yùn)動規(guī)律的一種概率波。 8．答案：（1）8.010－7 s　2.4102 m?。?）見解析 解析：（1）對于λ＝500 nm的光子能量為 E＝hν＝＝6.6310－34J＝4.010－19 J。 因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為＝1.25106（個(gè)）。 如果光子是依次到達(dá)底片的，則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是 ＝8.010－7 s。 兩相鄰光子間平均距離為s＝cΔt＝3.01088.010－7m＝2.4102 m。 （2）由（1）的計(jì)算結(jié)果可知，兩光子間距為2.4102 m，而箱子長只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有兩個(gè)光子同時(shí)在運(yùn)動，這樣就排除了光的衍射行為是光子相互作用的可能性，因此，衍射圖形的出現(xiàn)是許多光子各自獨(dú)立行為積累的結(jié)果，在衍射條紋的亮區(qū)是光子到達(dá)可能性較大的區(qū)域，而暗區(qū)是光子到達(dá)可能性較小的區(qū)域。這個(gè)實(shí)驗(yàn)支持了光波是概率波的觀點(diǎn)。