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

PAGEPAGE5課時作業(yè)17光的波粒二象性時間：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，是大氣分子對太陽光散射的結果．美國物理學家康普頓由于在這方面的探討而榮獲1927年的諾貝爾物理學獎．假設一個沿著肯定方向運動的光子和一個靜止的自由電子相互碰撞以后，電子向某一個方向運動，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(D)A．頻率變大 B．速度變小C．光子能量變大 D．波長變長解析：光子與自由電子碰撞時，遵守動量守恒定律和能量守恒定律，自由電子碰撞前靜止，碰撞后其動量、能量增加，所以光子的動量、能量削減，故C錯誤．由λ＝eq\f(h,p)、ε＝hν可知光子頻率變小，波長變長，故A錯誤，D正確．由于光子速度是不變的，故B錯誤．2.如圖所示，當弧光燈發(fā)出的光經一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，則該試驗(D)A．只能證明光具有波動性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，證明白光具有波動性，驗電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應現象，則證明光具有粒子性，所以該試驗證明白光具有波粒二象性，選項D正確．3．科學探討證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子．假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中(C)A．能量守恒，動量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′解析：能量守恒和動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．光子與電子碰撞時遵循這兩個規(guī)律．光子與電子碰撞前光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子，光子的能量ε′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由ε>ε′可知λ<λ′，選項C正確．4．一個電子被加速后，以極高的速度在空間運動，關于它的運動，下列說法中正確的是(D)A．電子在空間做勻速直線運動B．電子上下左右抖動著前進C．電子運動軌跡是正弦曲線D．無法預言它的路徑解析：依據概率波的學問可知，某個電子在空間中運動的路徑我們無法確定，只能依據統(tǒng)計規(guī)律確定大量電子的運動區(qū)域，故選項D正確．5．關于光的本性，下列說法正確的是(C)A．波動性和粒子性是相互沖突和對立的，因此光具有波粒二象性是不行能的B．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質點C．大量光子的行為表現出波動性，個別光子的行為表現出粒子性D．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性解析：由光的波粒二象性可知：光是同時具有波粒二象性的．但是不同于宏觀的機械波和宏觀粒子，波動性和粒子性是光在不同狀況下的表現，是同一客觀事物的兩個側面．我們無法用一種學說去說明光的全部行為，只能認為光具有波粒二象性．事實上光是一種概率波，即少數光子的行為表現出粒子性，大量光子的行為表現出波動性．綜上所述選項C正確．6．數碼相機幾近家喻戶曉，用來衡量數碼相機性能的一個特別重要的指標就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現知2000萬像素的數碼相機拍出的照片比200萬像素的數碼相機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，它和物質的作用是一份一份的B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現出光的粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現出光的波動性7．關于光的性質，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，衍射現象越簡單看到B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動性越顯著C．大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性D．假如讓光子一個一個地通過狹縫時，它們將嚴格依據相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運動解析：光具有波粒二象性，頻率越高，粒子性越顯著；少量光子表現出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．8．說明光具有粒子性的現象是(AD)A．光電效應 B．光的干涉C．光的衍射 D．康普頓效應9．為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉試驗中將光屏換成照相底片，并設法減弱光的強度，下列說法正確的是(AC)A．使光子一個一個地通過雙縫干涉試驗裝置的單縫，假如時間足夠長，底片上將出現雙縫干涉圖樣B．使光子一個一個地通過雙縫干涉試驗裝置的單縫，假如時間很短，底片上將出現不太清楚的雙縫干涉圖樣C．大量光子的運動顯示光的波動性，個別光子的運動顯示光的粒子性D．光只有波動性沒有粒子性解析：光的波動性是統(tǒng)計規(guī)律的結果，對個別光子我們無法推斷它落到哪個位置；對于大量光子遵循統(tǒng)計規(guī)律，即大量光子的運動或曝光時間足夠長，顯示出光的波動性．二、非選擇題10．在雙縫干涉試驗中，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一個地通過狹縫，試驗結果證明，假如曝光時間不太長，底片上出現無規(guī)則分布的光點；假如曝光時間足夠長，底片上出現規(guī)則的干涉圖樣．解析：在雙縫試驗中，如能使光子一個一個地通過狹縫，假如曝光時間短，底片上只出現一些無規(guī)則分布的點，形不成干涉特有的明、暗相間的條紋，表現出光的粒子性．點分布看似無規(guī)則，但點在底片上各處出現的概率卻遵從雙縫干涉試驗中波強分布的規(guī)律；假如曝光時間足夠長，底片上就出現猶如強光短時間曝光一樣的規(guī)則的干涉條紋．在干涉條紋中光波強大的地方，也就是光子到達機會多的地方．所以，從這種意義上，可以把光的波動性看作表明光子運動規(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，且所產生的光電子最大初動能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功．答案：21EA－2EB解析：光子能量ε＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)得p＝eq\f(ε,c)，則pApB＝21.A照耀時，光電子的最大初動能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.12．在試驗室的一個密閉暗箱內，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)出的光通過熏黑的玻璃后變得特別微弱，經多次曝光，感光膠片上“針尖造影”的四周，才出現特別清楚的衍射條紋．測量結果表明，每秒到達膠片的“光能量”為5×10－13J．已知有效光波波長為500nm，暗箱長度為1.2m，設光子依次通過狹縫，普朗克常數為6.63×10－34J·s，求：(1)每秒到達膠片的光子數．(2)光束中“兩相鄰光子”先、后到達膠片的時間及其平均距離．(3)第(2)問的結果，能否支持光是“概率波”？請簡要說明理由．答案：(1)1.26×106(個)(2)8.0×10－7s2.4×102m(3)見解析解析：(1)設每秒到達膠片的“光能量”、光子的能量分別為E0、E，則依據已知條件、光子說等可得每秒到達膠片的光子數n＝E0/E＝E0/hν＝E0λ/hc代入已知數據，可得n＝1.26×106(個)．(2)所謂光子“依次”到達膠片，即光子一個一個地通過狹縫．已知暗箱長度L＝1.2m，則光束中兩相鄰光子先后到達膠片的時間Δt＝eq\f(1,n)＝8.0×10－7s.兩相鄰