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第四章 波粒二象性
学 习 目 标 物 理 与 STSE
1.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.（重点、难点）
2.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波
（难点）
物理观念 1.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观观念的波.
2.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光子不同于宏观观念的粒子
学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二
象性
内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波 光是由一份一份光子组成的 光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性
理论领域 宏观
世界 宏观
世界 微观
世界 微观
世界 微观世界
项目 实验基础 表现 说明
光的波动性 干涉和衍射 （1）光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述.
（2）足够能量的光在传播时，表现出波的性质 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的.
（2）光的波动性不同于宏观观念的波
光的粒子性 光电效应、康普顿效应 （1）当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质.
（2）少量或个别光子容易显示出光的粒子性 （1）粒子的含义是“不连续”
“一份一份”的.
（2）光子不同于宏观观念的粒子INCLUDEPICTURE"分级训练.tif" INCLUDEPICTURE "F:\\粤教物理选择性必修3\\分级训练.tif" \* MERGEFORMATINET
A级 合格达标
1．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射
C．泊松亮斑和光电效应 D．光的反射和光电效应
解析：光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确．
答案：C
2．(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( )
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．高频光是粒子，低频光是波
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显
解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故A、D正确．
答案：AD
3．下列各种波属于概率波的是( )
A．声波 B．无线电波
C．光波 D．水波
解析：声波、水波是机械波，故A、D错误；电磁波是一种能量波，故B错误；光具有波粒二象性，是一种概率波，故C正确．
答案：C
4．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )
A．光电效应 B．光的反射
C．光的衍射 D．康普顿效应
解析：光电效应说明光的能量是一份一份的，即说明光具有粒子性，故A正确；光的反射不能说明光的本性是波，也不能说明光的本性是粒子，故B错误；衍射是波特有的现象，光的衍射说明光具有波动性，故C错误；康普顿效应说明光子具有动量，证明了光具有粒子性，故D正确．
答案：AD
B级 等级提升
5．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )
A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
B．光波频率越高，粒子性越明显
C．能量越大的光子其波动性越显著
D．光的波粒二象性应理解为，在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显
解析：光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D正确；光的频率越高，光子能量越大，粒子性相对波动性越明显，B正确，C错误．
答案：C
6．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果，下列认识正确的是( )
A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点
B．单个光子的运动表现出波动性
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．只有大量光子的行为才能表现出波动性
解析：光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)．故选项C、D正确．
答案：CD
7．如图是一个光源．在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，光子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光．那么在荧光屏上将看到( )
A．只有两条亮纹
B．有多条明暗相间的条纹
C．没有亮纹
D．只有一条亮纹
解析：光子运动到达荧光屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在荧光屏上将看到干涉条纹，所以B正确．
答案：B
8．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的叙述不符合科学规律或历史事实的是( )
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的
B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性
C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波
D．光具有波粒二象性
解析：牛顿的“微粒说”认为光是一群弹性粒子，与爱因斯坦的“光子说”本质不同，光的干涉实验显示了光的波动性，故A错误，B、C、D正确．
答案：A
9．我们能感知光现象，是因为我们接收到了一定能量的光．
(1)一个频率是106 Hz无线电波的光子的能量是多大？
(2)一个频率为6×1014 Hz的绿色光子和1018 Hz的γ光子的能量各是多大？
(3)请结合以上光子能量的大小，从概率波的角度说明：为什么低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著．
解析：(1)由公式ε＝hν得：
ε1＝hν1＝6.63×10－34×106 J＝6.63×10－28 J.
(2)ε2＝hν2＝6.63×10－34×6×1014 J＝3.98×10－19 J，
ε3＝hν3＝6.63×10－34×1018 J＝6.63×10－16 J.
(3)低频电磁波的光子能量小、波长长，容易观察到干涉和衍射现象，波动性显著，在衍射的亮纹处表示到达的光子数多、概率大，而在暗纹处表示到达的光子数少、概率小．相比之下，高频电磁波光子能量大、波长极短，很难找到其发生明显衍射的狭缝或障碍物，因而波动性不容易观察到，粒子性显著．
答案：(1)6.63×10－28 J (2)3.98×10－19 J 6.63×10－16 J (3)见解析
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