2024-2025学年高中物理课时作业17光的波粒二象性含解析教科版选修3-5

PAGEPAGE5课时作业17光的波粒二象性时间：45分钟一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)1．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的探讨而荣获1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个沿着肯定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比(D)A．频率变大 B．速度变小C．光子能量变大 D．波长变长解析：光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子碰撞前静止，碰撞后其动量、能量增加，所以光子的动量、能量削减，故C错误．由λ＝eq\f(h,p)、ε＝hν可知光子频率变小，波长变长，故A错误，D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．2.如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该试验(D)A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性解析：弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明白光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该试验证明白光具有波粒二象性，选项D正确．3．科学探讨证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(C)A．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个规律．光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由ε>ε′可知λ<λ′，选项C正确．4．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是(D)A．电子在空间做匀速直线运动B．电子上下左右抖动着前进C．电子运动轨迹是正弦曲线D．无法预言它的路径解析：依据概率波的学问可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能依据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D正确．5．关于光的本性，下列说法正确的是(C)A．波动性和粒子性是相互冲突和对立的，因此光具有波粒二象性是不行能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性解析：由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同状况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去说明光的全部行为，只能认为光具有波粒二象性．事实上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性．综上所述选项C正确．6．数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个特别重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知2000万像素的数码相机拍出的照片比200万像素的数码相机拍出的等大的照片清楚得多，其缘由可以理解为(D)A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的C．大量光子表现出光的粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性7．关于光的性质，下列叙述中正确的是(BC)A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越简单看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．假如让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格依据相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动解析：光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．8．说明光具有粒子性的现象是(AD)A．光电效应 B．光的干涉C．光的衍射 D．康普顿效应9．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉试验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是(AC)A．使光子一个一个地通过双缝干涉试验装置的单缝，假如时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉试验装置的单缝，假如时间很短，底片上将出现不太清楚的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性，个别光子的运动显示光的粒子性D．光只有波动性没有粒子性解析：光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法推断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律，即大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．二、非选择题10．在双缝干涉试验中，若在像屏处放上照相底片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，试验结果证明，假如曝光时间不太长，底片上出现无规则分布的光点；假如曝光时间足够长，底片上出现规则的干涉图样．解析：在双缝试验中，如能使光子一个一个地通过狭缝，假如曝光时间短，底片上只出现一些无规则分布的点，形不成干涉特有的明、暗相间的条纹，表现出光的粒子性．点分布看似无规则，但点在底片上各处出现的概率却遵从双缝干涉试验中波强分布的规律；假如曝光时间足够长，底片上就出现犹如强光短时间曝光一样的规则的干涉条纹．在干涉条纹中光波强大的地方，也就是光子到达机会多的地方．所以，从这种意义上，可以把光的波动性看作表明光子运动规律的一种概率波．11．A、B两种光子的能量之比为21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．答案：21EA－2EB解析：光子能量ε＝hν，动量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)得p＝eq\f(ε,c)，则pApB＝21.A照耀时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.12．在试验室的一个密闭暗箱内，依次放置小灯泡(紧靠暗箱左壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱右壁)，如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得特别微弱，经多次曝光，感光胶片上“针尖造影”的四周，才出现特别清楚的衍射条纹．测量结果表明，每秒到达胶片的“光能量”为5×10－13J．已知有效光波波长为500nm，暗箱长度为1.2m，设光子依次通过狭缝，普朗克常数为6.63×10－34J·s，求：(1)每秒到达胶片的光子数．(2)光束中“两相邻光子”先、后到达胶片的时间及其平均距离．(3)第(2)问的结果，能否支持光是“概率波”？请简要说明理由．答案：(1)1.26×106(个)(2)8.0×10－7s2.4×102m(3)见解析解析：(1)设每秒到达胶片的“光能量”、光子的能量分别为E0、E，则依据已知条件、光子说等可得每秒到达胶片的光子数n＝E0/E＝E0/hν＝E0λ/hc代入已知数据，可得n＝1.26×106(个)．(2)所谓光子“依次”到达胶片，即光子一个一个地通过狭缝．已知暗箱长度L＝1.2m，则光束中两相邻光子先后到达胶片的时间Δt＝eq\f(1,n)＝8.0×10－7s.两相邻