第3節(jié) 康普頓效應(yīng)及其解釋 第4節(jié) 光的波粒二象性(建議用時：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1下列說法正確的是 ()A概率波就是機(jī)械波B物質(zhì)波是一種概率波C概率波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若有一個光子，則無法確定這個光子落在哪個點(diǎn)上E光波是一種概率波【解析】機(jī)械波是振動在介質(zhì)中的傳播，而概率波是粒子所到達(dá)區(qū)域的機(jī)率大小可以通過波動的規(guī)律來確定，故其本質(zhì)不同，A、C錯，B對；由于光是一種概率波，光子落在哪個點(diǎn)上不能確定，D、E對【答案】BDE2在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個光強(qiáng)的95%以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子能通過單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處C可能落在亮紋處D可能落在暗紋處E落在中央亮紋處的可能性最大【解析】根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以上當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，只不過落在暗處的概率很小而已，故只有C、D、E正確【答案】CDE3關(guān)于光的波粒二象性，下列說法中正確的是()A光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越容易看到B光的頻率越高，粒子性越顯著C大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性D光的波粒二象性否定了光的電磁說E麥克斯韋提出的光的電磁說，將光的波動說發(fā)展到了相當(dāng)完美的地步【解析】光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的電磁說，只是說某些情況下粒子性明顯，某些情況下波動性明顯，故D錯誤光的頻率越高，波長越短，粒子性越明顯，波動性越不明顯，越不易看到其衍射現(xiàn)象，故B正確、A錯誤大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，故C正確麥克斯韋提出了光是一種電磁波的學(xué)說，將光的波動說發(fā)展到了相當(dāng)完善的地步，E正確【答案】BCE4對光的認(rèn)識，下列說法正確的是()A個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性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，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了D光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某些場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在某些場合下光的粒子性表現(xiàn)明顯E光表現(xiàn)出波動性還是粒子性由光的頻率大小決定，頻率大的光就顯示粒子性【解析】本題考查光的波粒二象性光是一種概率波，少量光子的行為易顯示出粒子性，而大量光子的行為往往顯示出波動性，A選項(xiàng)正確；光的波動性不是由光子之間的相互作用引起的，而是光的一種屬性，這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，B選項(xiàng)正確；粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性，C、E選項(xiàng)錯誤，D選項(xiàng)正確【答案】ABD5為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說法正確的是 ()A使光子一個一個地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的狹縫，如果時間足夠長，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B使光子一個一個地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的狹縫，如果時間足夠長，底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣C大量光子的運(yùn)動規(guī)律顯示出光的粒子性D個別光子的運(yùn)動顯示出光的粒子性E大量光子的運(yùn)動規(guī)律顯示出光的波動性【解析】單個光子運(yùn)動具有不確定性，大量光子落點(diǎn)的概率分布遵循一定規(guī)律，顯示出光的波動性使光子一個一個地通過雙縫，如果時間足夠長，底片上會出現(xiàn)明顯的干涉圖樣，A、E正確，B、C錯誤；由光的波粒二象性知，個別光子的運(yùn)動顯示出光的粒子性，D正確【答案】ADE6關(guān)于電子的運(yùn)動規(guī)律，以下說法不正確的是 ()A電子如果表現(xiàn)粒子性，則無法用軌跡來描述它們的運(yùn)動，其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律B電子如果表現(xiàn)粒子性，則可以用軌跡來描述它們的運(yùn)動，其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律C電子如果表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運(yùn)動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律D電子如果表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運(yùn)動，其運(yùn)動遵循牛頓運(yùn)動定律E電子如果表現(xiàn)出粒子性，則無法用軌跡來描述它們的運(yùn)動，其運(yùn)動也不遵循牛頓運(yùn)動定律【解析】由于運(yùn)動對應(yīng)的物質(zhì)波是概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性，無法用軌跡描述其運(yùn)動，也不遵循牛頓運(yùn)動定律，A、B錯誤，E正確；大量電子表現(xiàn)出波動性，無法用軌跡描述其運(yùn)動，可確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且概率遵循波動規(guī)律，C正確，D錯誤【答案】ABD7物理學(xué)家做了一個有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時間足夠長，底片上就出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，對這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識，其中正確的是()A曝光時間不長時，光子的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子B單個光子的運(yùn)動沒有確定的軌道C干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會較多的地方D只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動性E只有個別光子的行為才能表現(xiàn)出波動性【解析】光波是概率波，單個光子沒有確定的軌道，其到達(dá)某點(diǎn)的概率受波動規(guī)律支配，少數(shù)光子落點(diǎn)不確定體現(xiàn)粒子性，大量光子的行為符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，受波動規(guī)律支配，才表現(xiàn)出波動性，出現(xiàn)干涉中的亮紋或暗紋，故A、E錯誤，B、D正確；干涉條紋中的亮紋處是光子到達(dá)機(jī)會多的地方，暗紋處是光子到達(dá)機(jī)會少的地方，但也有光子到達(dá)，故C正確【答案】BCD8紫外線光子的動量為.一個靜止的O3吸收了一個紫外線光子后沿著_方向運(yùn)動【解析】由動量守恒定律知，吸收了紫外線光子的O3分子與光子原來運(yùn)動方向相同【答案】光子原來運(yùn)動的能力提升9關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是()A光的粒子性說明每個光子就像一個極小的球體B光是波，與橡皮繩上的波相似C光的波動性是大量光子運(yùn)動規(guī)律的表現(xiàn)，在干涉條紋中，那些光強(qiáng)度大的地方，光子到達(dá)的概率大D在宏觀世界中波動性和粒子性是對立的，在微觀世界是可以統(tǒng)一的E單個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【解析】由于波動性和粒子性是光同時具有的兩種屬性，不同于宏觀觀念中的波和粒子，故A、B選項(xiàng)錯誤在干涉實(shí)驗(yàn)中，光強(qiáng)度大的地方即為光子到達(dá)概率大的地方，表現(xiàn)為亮紋；光強(qiáng)度小的地方即為光子到達(dá)概率小的地方，表現(xiàn)為暗紋，故C選項(xiàng)正確在宏觀世界中，牛頓的“微粒說”與惠更斯的“波動說”是相互對立的，只有在微觀世界中，波動性與粒子性才能統(tǒng)一，故D選項(xiàng)正確光子通過單縫的運(yùn)動路線是無法確定、毫無規(guī)律的，大量光子通過單縫后卻呈現(xiàn)規(guī)律性，E選項(xiàng)正確【答案】CDE10白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎假設(shè)一個運(yùn)動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運(yùn)動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來的光子相比光子能量變_，波長變_【解析】光子與電子碰撞時，遵守動量守恒定律和能量守恒定律，自由電子被碰前靜止，被碰后動量、能量增加；所以光子的動量、能量減小，頻率變小，波長變大【答案】小大11如圖243是一個粒子源產(chǎn)生某種粒子，在其正前方安裝只有兩條狹縫的擋板，粒子穿過狹縫打在前方的熒光屏上使熒光屏發(fā)光那么在熒光屏上將看到什么現(xiàn)象？ 【導(dǎo)學(xué)號：78220024】圖243【解析】由于粒子源產(chǎn)生的粒子是微觀粒子，它的運(yùn)動受波動性支配，對大量粒子運(yùn)動到達(dá)屏上的某點(diǎn)的概率，可以用波的特征進(jìn)行描述，即產(chǎn)生雙縫干涉，在屏上將看到干涉條紋【答案】有多條明暗相間的條紋12光具有波粒二象性，光子的能量h，其中頻率表示波的特征，在愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學(xué)家德布羅意提出了光子動量p與光波波長的關(guān)系p.若某激光管以P60 W的功率發(fā)射波長663 nm的光束，試根據(jù)上述理論計(jì)算：(1)該管在1 s內(nèi)發(fā)射出多少個光子？(2)若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到光束對它的作用力F為多大？ 【導(dǎo)學(xué)號：78220025】【解析】(1)光子不僅有能量，而且有動量，照射物體時，產(chǎn)生的作用力可根據(jù)動量定理求解設(shè)在時間t內(nèi)發(fā)射出的光子數(shù)為n，光子頻率為，每個光子的能量h，所以P(t1 s)而解得n(個)2.01020(個)(2)在時間t內(nèi)激光管發(fā)射出的光子全部被黑體表面吸收，光子的末動量變?yōu)榱?，?jù)題中信息可知，n個光子的總動量為p總npn.根據(jù)動量定理有Ftp總，解得黑體表面對光子束的作用力為F N2.0107 N.又根據(jù)牛頓第三定律，光子束對黑體表面的作用力FF2.0107 N.【答案】(1)2.01020(2)2.0107 N13科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m.(1)求飛船加速度的表達(dá)式(光子動量p)；(2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？ 【導(dǎo)學(xué)號：78220026】【解析】(1)光子垂直射到太陽帆上再反射，動量變化量為2p，設(shè)光對太陽帆的壓力為F，單位時間打到太陽帆上的光子數(shù)為N，則NnS由動量定理有FtNt2p所以FN2p而光子動量p，所以F由牛頓第二定律可得飛船加速度的表達(dá)式為a.(2)若太陽帆是黑色的，光子垂直打到太陽帆上不再反射(被太陽帆吸收)，光子動量變化量為p，故太陽帆上受到的光壓力為F，飛船的加速度a.【答案】(1)a(2)a