2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)17光的波粒二象性含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE5課時(shí)作業(yè)17光的波粒二象性時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果．美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的探討而榮獲1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．假設(shè)一個(gè)沿著肯定方向運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子相互碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比(D)A．頻率變大 B．速度變小C．光子能量變大 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng)解析：光子與自由電子碰撞時(shí)，遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，自由電子碰撞前靜止，碰撞后其動(dòng)量、能量增加，所以光子的動(dòng)量、能量削減，故C錯(cuò)誤．由λ＝eq\f(h,p)、ε＝hν可知光子頻率變小，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤，D正確．由于光子速度是不變的，故B錯(cuò)誤．2.如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，則該試驗(yàn)(D)A．只能證明光具有波動(dòng)性B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射D．證明光具有波粒二象性解析：弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明白光具有波動(dòng)性，驗(yàn)電器鋁箔有張角，說(shuō)明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，則證明光具有粒子性，所以該試驗(yàn)證明白光具有波粒二象性，選項(xiàng)D正確．3．科學(xué)探討證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中(C)A．能量守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′解析：能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)規(guī)律．光子與電子碰撞前光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量ε′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由ε>ε′可知λ<λ′，選項(xiàng)C正確．4．一個(gè)電子被加速后，以極高的速度在空間運(yùn)動(dòng)，關(guān)于它的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(D)A．電子在空間做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．電子上下左右抖動(dòng)著前進(jìn)C．電子運(yùn)動(dòng)軌跡是正弦曲線D．無(wú)法預(yù)言它的路徑解析：依據(jù)概率波的學(xué)問(wèn)可知，某個(gè)電子在空間中運(yùn)動(dòng)的路徑我們無(wú)法確定，只能依據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定大量電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，故選項(xiàng)D正確．5．關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法正確的是(C)A．波動(dòng)性和粒子性是相互沖突和對(duì)立的，因此光具有波粒二象性是不行能的B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C．大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性D．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動(dòng)性解析：由光的波粒二象性可知：光是同時(shí)具有波粒二象性的．但是不同于宏觀的機(jī)械波和宏觀粒子，波動(dòng)性和粒子性是光在不同狀況下的表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個(gè)側(cè)面．我們無(wú)法用一種學(xué)說(shuō)去說(shuō)明光的全部行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性．事實(shí)上光是一種概率波，即少數(shù)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(dòng)性．綜上所述選項(xiàng)C正確．6．?dāng)?shù)碼相機(jī)幾近家喻戶曉，用來(lái)衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)特別重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)知2000萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比200萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可以理解為(D)A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B．光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)出光的粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性7．關(guān)于光的性質(zhì)，下列敘述中正確的是(BC)A．在其他同等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越簡(jiǎn)單看到B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著C．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性D．假如讓光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫時(shí)，它們將嚴(yán)格依據(jù)相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運(yùn)動(dòng)解析：光具有波粒二象性，頻率越高，粒子性越顯著；少量光子表現(xiàn)出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．8．說(shuō)明光具有粒子性的現(xiàn)象是(AD)A．光電效應(yīng) B．光的干涉C．光的衍射 D．康普頓效應(yīng)9．為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉試驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是(AC)A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的單縫，假如時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B．使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉試驗(yàn)裝置的單縫，假如時(shí)間很短，底片上將出現(xiàn)不太清楚的雙縫干涉圖樣C．大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的波動(dòng)性，個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的粒子性D．光只有波動(dòng)性沒有粒子性解析：光的波動(dòng)性是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的結(jié)果，對(duì)個(gè)別光子我們無(wú)法推斷它落到哪個(gè)位置；對(duì)于大量光子遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即大量光子的運(yùn)動(dòng)或曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，顯示出光的波動(dòng)性．二、非選擇題10．在雙縫干涉試驗(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(guò)狹縫，試驗(yàn)結(jié)果證明，假如曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上出現(xiàn)無(wú)規(guī)則分布的光點(diǎn)；假如曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上出現(xiàn)規(guī)則的干涉圖樣．解析：在雙縫試驗(yàn)中，如能使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，假如曝光時(shí)間短，底片上只出現(xiàn)一些無(wú)規(guī)則分布的點(diǎn)，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)分布看似無(wú)規(guī)則，但點(diǎn)在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉試驗(yàn)中波強(qiáng)分布的規(guī)律；假如曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就出現(xiàn)猶如強(qiáng)光短時(shí)間曝光一樣的規(guī)則的干涉條紋．在干涉條紋中光波強(qiáng)大的地方，也就是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方．所以，從這種意義上，可以把光的波動(dòng)性看作表明光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波．11．A、B兩種光子的能量之比為21，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功．答案：21EA－2EB解析：光子能量ε＝hν，動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)得p＝eq\f(ε,c)，則pApB＝21.A照耀時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.12．在試驗(yàn)室的一個(gè)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(guò)熏黑的玻璃后變得特別微弱，經(jīng)多次曝光，感光膠片上“針尖造影”的四周，才出現(xiàn)特別清楚的衍射條紋．測(cè)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(zhǎng)為500nm，暗箱長(zhǎng)度為1.2m，設(shè)光子依次通過(guò)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(shí)間及其平均距離．(3)第(2)問(wèn)的結(jié)果，能否支持光是“概率波”？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明理由．答案：(1)1.26×106(個(gè))(2)8.0×10－7s2.4×102m(3)見解析解析：(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(shuō)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(gè))．(2)所謂光子“依次”到達(dá)膠片，即光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫．已知暗箱長(zhǎng)度L＝1.2m，則光束中兩相鄰光子先后到達(dá)膠片的時(shí)間Δt＝eq\f(1,n)＝8.0×10－7s.兩相鄰