课时提升作业：十五第四章波粒二象性4.3光的波粒二象性

课时提升作业 十五 光的波粒二象性
(30分钟　50分)
一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)
1.人类在对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验,下面四个示意图所表示的实验不能说明具有波动性的是　(　　)
【解析】选C。A为单缝衍射,B为双缝干涉,D为薄膜干涉,均说明光具有波动性,而C为光电效应现象实验,说明光具有粒子性。
2.(多选)关于对光的本性的认识,下列说法中正确的是　(　　)
A.牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性
B.牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别
C.麦克斯韦从理论上指出电磁波传播速度跟光速相同,他提出光是一种电磁波
D.麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性
【解析】选C、D。牛顿的微粒说和惠更斯的波动说都试图用一种观点解释所有的现象,而牛顿的微粒说认为光是由弹性微粒组成的,与爱因斯坦的光子说有本质的区别,A、B均错误;麦克斯韦的电磁说说明光是一种电磁波,而爱因斯坦的光子说又说明光具有粒子性,故C、D均正确。
3.(多选)下列叙述的情况正确的是　(　　)
A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体
B.光是与橡皮绳形成的绳波相似的波
C.光是一种粒子,它和其他物质作用是“一份一份”进行的
D.光子在空间各点出现的可能性大小(概率),可以用波动的规律来描述
【解析】选C、D。光的粒子性体现在其能量是一份一份的,可知它和其他物质作用时也是一份一份进行的.但其一份并不等同于宏观物质的实物球体,其波动性与机械波具有本质的区别。
【总结提升】光的波粒二象性问题的解题方法
(1)宏观世界中,波和粒子是对立的概念,而在微观世界中,波和粒子可以统一。只是由于我们经验局限于宏观物体的运动,微观世界的某些属性与宏观世界不同,但我们没有直观的经验去体会。
(2)光既不是宏观观念的波,也不是宏观观念的粒子,光的波粒二象性是指光在传播过程中同物质作用时,表现出波或粒子的特性。
4.在下列各组所说的两个现象中,都表现出光具有粒子性的是　(　　)
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、色散现象
D.光电效应现象、康普顿效应
【解析】选D。干涉、衍射、色散、偏振都是光的波动性的表现,只有光电效应现象和康普顿效应是光的粒子性的表现,D正确。
5.下列说法正确的是　(　　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光发生干涉现象时,光只有波动性没有粒子性
C.光的波长越长,其波动性越显著,波长越短,其粒子性越显著
D.光既有波动性又有粒子性,说明光既是波又是粒子
【解析】选C。从光的波粒二象性可知:光是同时具有波粒二象性的,只不过在有的情况下波动性显著,有的情况下粒子性显著,A选项错。同理,光的波粒二象性说明光子在空间各点出现的规律可以用波动规律来描述,与其他物质相互作用时可以用粒子性解释,不能说光既是波又是粒子,D选项错。光显示出波动性,但不能因此否定其粒子性,B选项错。光的波长越长,越容易观察到其显示的波动特征。故上述选项中正确的是C。
6.(多选)对光的认识,下列说法中正确的是　(　　)
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.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的
C.光表现出波动性时,就不再具有粒子性了;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,在另外的某种场合下,光的粒子性表现得明显
【解析】选A、B、D。光是一种概率波,少量光子的行为显示出粒子性,大量光子的行为显示波动性,A正确;由光的双缝干涉实验可知,由于光源非常弱,使它在前一个光子到达屏幕之后才发射第二个光子,这样就排除了光子之间相互作用的可能性,但长时间曝光之后仍然得到一样的条纹分布,B正确;粒子性和波动性是光同时具备的两个特性,C错,D正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
7.(10分)假如一个光子与一个静止的电子碰撞,光子并没有被吸收,只是被电子反弹回来,散射光子的频率与原来光子的频率相比哪个大?为什么?
【解析】碰撞后光子动量减小,而p=,所以波长变大,又由c=λν知ν变小.所以原来光子的频率大。
答案:见解析
8.(10分)在实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十分微弱,经多次曝光,感光胶片上“针尖造影”的周围,才出现非常清晰的衍射条纹。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。
【解题指南】解答本题时应把握以下两点:
(1)“光能量”与光子能量的关系。
(2)相邻两光子间的时间间隔相等。
【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==8.0×10-7s
两相邻光子的平均距离Δs=c·Δt=2.4×102m
(3)分析第(2)问的结果,Δs?L,可知在熏黑的玻璃“右侧”不可能同时有两个运动的光子,表明衍射条纹绝不是光子相互作用产生的,而是不同时刻到达胶片的许多光子、各自独立作用的积累效果。在胶片的衍射明纹、暗纹区,则分别表明光子到达该处的“机会”较大、较小,即光是一种“概率波”。
答案:(1)1.26×106(个)
(2)8.0×10-7s　2.4×102m　(3)见解析