課時(shí)提升作業(yè) 十五 光的波粒二象性 (30分鐘50分)一、選擇題(本大題共6小題,每小題5分,共30分)1.人類在對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)的過(guò)程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),下面四個(gè)示意圖所表示的實(shí)驗(yàn)不能說(shuō)明具有波動(dòng)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(shuō)明光具有波動(dòng)性,而C為光電效應(yīng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn),說(shuō)明光具有粒子性。2.(多選)關(guān)于對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法中正確的是()A.牛頓的微粒說(shuō)與惠更斯的波動(dòng)說(shuō)第一次揭示了光具有波粒二象性B.牛頓的微粒說(shuō)與愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別C.麥克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(shuō)與愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)說(shuō)明光具有波粒二象性【解析】選C、D。牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)都試圖用一種觀點(diǎn)解釋所有的現(xiàn)象,而牛頓的微粒說(shuō)認(rèn)為光是由彈性微粒組成的,與愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)有本質(zhì)的區(qū)別,A、B均錯(cuò)誤;麥克斯韋的電磁說(shuō)說(shuō)明光是一種電磁波,而愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)又說(shuō)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(shuō)明每個(gè)光子就像一個(gè)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(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率),可以用波動(dòng)的規(guī)律來(lái)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(shí)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(shí)物球體,其波動(dòng)性與機(jī)械波具有本質(zhì)的區(qū)別?！究偨Y(jié)提升】光的波粒二象性問(wèn)題的解題方法(1)宏觀世界中,波和粒子是對(duì)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(yàn)局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同,但我們沒(méi)有直觀的經(jīng)驗(yàn)去體會(huì)。(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(guò)程中同物質(zhì)作用時(shí),表現(xiàn)出波或粒子的特性。4.在下列各組所說(shuō)的兩個(gè)現(xiàn)象中,都表現(xiàn)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(dòng)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(shuō)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(shí),光只有波動(dòng)性沒(méi)有粒子性C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著,波長(zhǎng)越短,其粒子性越顯著D.光既有波動(dòng)性又有粒子性,說(shuō)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(shí)具有波粒二象性的,只不過(guò)在有的情況下波動(dòng)性顯著,有的情況下粒子性顯著,A選項(xiàng)錯(cuò)。同理,光的波粒二象性說(shuō)明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的規(guī)律可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述,與其他物質(zhì)相互作用時(shí)可以用粒子性解釋,不能說(shuō)光既是波又是粒子,D選項(xiàng)錯(cuò)。光顯示出波動(dòng)性,但不能因此否定其粒子性,B選項(xiàng)錯(cuò)。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),越容易觀察到其顯示的波動(dòng)特征。故上述選項(xiàng)中正確的是C。6.(多選)對(duì)光的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法中正確的是()A.個(gè)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(dòng)性B.光的波動(dòng)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(dòng)性時(shí),就不再具有粒子性了;光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不再具有波動(dòng)性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)得明顯,在另外的某種場(chǎng)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(dòng)性,A正確;由光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)可知,由于光源非常弱,使它在前一個(gè)光子到達(dá)屏幕之后才發(fā)射第二個(gè)光子,這樣就排除了光子之間相互作用的可能性,但長(zhǎng)時(shí)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(dòng)性是光同時(shí)具備的兩個(gè)特性,C錯(cuò),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(gè)光子與一個(gè)靜止的電子碰撞,光子并沒(méi)有被吸收,只是被電子反彈回來(lái),散射光子的頻率與原來(lái)光子的頻率相比哪個(gè)大?為什么?【解析】碰撞后光子動(dòng)量減小,而p=,所以波長(zhǎng)變大,又由c=知變小.所以原來(lái)光子的頻率大。答案:見(jiàn)解析8.(10分)在實(shí)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(cè)量結(jié)果表明,每秒到達(dá)膠片的“光能量”為510-13J。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6.6310-34Js,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?！窘忸}指南】解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn):(1)“光能量”與光子能量的關(guān)系。(2)相鄰兩光子間的時(shí)間間隔相等?！窘馕觥?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/h=E0/hc代入已知數(shù)據(jù),可得n=1.26106(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t=8.010-7s兩相鄰光子的平均距離s=ct=2.4102m(3)分析第(2)問(wèn)的結(jié)果,sL,可知在熏黑的玻璃“右側(cè)”不可能同時(shí)有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)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(shí)刻到達(dá)膠片的許多光子、各自獨(dú)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(huì)”較大、較小,即光是一種“概率波”。答案:(1)1.26106(個(gè))(2)8.010-7s2.4102m(3)見(jiàn)解析