第一部分 第二章 第三、四节
基础达标
1．(2019年大庆一模)关于光电效应及波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．光电效应揭示了光的粒子性
B．光的波长越大，能量越大
C．紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板带负电
D．光电效应中，光电子的最大初动能与金属的逸出功无关
【答案】A
【解析】爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应，光电效应说明光具有粒子性，故A正确；光的波长越大，则频率越低，那么能量越小，故B错误；紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板因失去电子而带正电，故C错误；光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功都有关，故D错误．
2．下列哪组现象能说明光具有波粒二象性( )
A．光的色散、光的干涉
B．光的干涉、光的衍射
C．光的反射、光电效应
D．泊松亮斑、康普顿效应
【答案】D
【解析】泊松亮斑是光的波动性，康普顿效应则说明光具有动量，具有粒子性．
3．(2019年广东一模)下列说法中正确的是( )
A．在光电效应实验中，入射光频率大于极限频率才能产生光电子
B．汤姆生发现电子后，猜想原子内的正电荷集中在很小的核内
C．平均结合能越大，原子核越不稳定
D．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行为往往表现出波动性
【答案】A
【解析】发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，入射光频率大于极限频率才能产生光电子，故A正确．汤姆生发现了电子，后来卢瑟福根据α粒子的散射实验猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内，故B错误．平均结合能越大，原子核越稳定，故C错误．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故D错误．
4．如图是一个粒子源．产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒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
【答案】B
【解析】由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以B正确．
5．(多选)(2019年昌吉期末)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法不正确的是( )
A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样
B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样
D．光的波动性是一个光子运动的规律
【答案】BCD
【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少．因此会出现衍射图样，故A正确；单个光子通过单缝后，表现为粒子性，只有一个点，故B错误；光子通过单缝后，体现的是粒子性，故C错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D错误．
6．(多选)从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )
A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性
B．光的频率越高，光的能量越大
C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方
【答案】BD
【解析】光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能量越大，A错误、B正确．在干涉条纹中，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误、D正确．
7．(多选)下列有关光的说法正确的是( )
A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现粒子性
C．光有时是波，有时是粒子
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
【答案】BD
8．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮纹处
B．可能落在其他亮纹处
C．不可能落在暗纹处
D．落在中央亮纹处的可能性最大
【答案】BD
能力提升
9．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的有________．
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
E．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
【答案】ADE
【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少．因此会出现衍射图样，故A正确；单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上会出现完整的衍射图样，故B不正确；光子通过单缝后，体现的是粒子性．故C不正确；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D、E正确．
10．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)．
【答案】1 变长
【解析】根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．
课件29张PPT。第三节 康普顿效应及其解释
第四节 光的波粒二象性4．频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek，若以频率2ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是( )
A．2Ek B．Ek＋hν
C．Ek－hν D．Ek＋2hν
【答案】B
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W知：当入射光的频率为ν时，可计算出该金属的逸出功W＝hν－Ek.当入射光的频率为2ν时，光电子的最大初动能为Ek′＝2hν－W＝Ek＋hν.所以选B.一、康普顿效应及其解释
1．康普顿效应
(1)光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向________的光现象．
(2)康普顿效应：在光的散射中，部分散射光的波长________，波长的改变与散射角有关．
(3)光子的能量为E＝________，光子的动量为p＝_______.被散射 变长 hν 2．康普顿对散射光波长变化的解释
(1)散射光波长的变化，是入射光子与物质中的______发生碰撞的结果．
(2)物质中电子的动能比________________小很多，电子可以看做是静止的．
(3)光子与电子作用过程中，总能量、总动量均______．
(4)光子因与电子相碰，有一部分能量和动量给了电子，光子的能量和动量均________了，这样，散射光的________也就变长了．
3．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的________性的一面．电子 入射光子的能量 守恒 减小 波长 粒子
二、光的波粒二象性
1．光的波粒二象性的本质
(1)双缝干涉实验装置如图所示．(2)实验要求：降低光源S的强度，直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度．
(3)实验结果：
①短时间，感光片上呈现杂乱分布的________．
②较长时间，感光片上呈现模糊的________．
③长时间，感光片上形成清晰的___________．
(4)实验结论：光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性．亮点 亮纹 干涉图样
2．概率波
(1)对干涉实验中明暗条纹的解释
每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点，概率大的地方落下的光子多，形成________，概率小的地方落下的光子少，形成________．
(2)光波是一种________，干涉条纹是光子的感光片上各点概率分布的反映．亮纹 暗纹 概率波 光电效应和康普顿效应证明了光的什么性质？两种效应发生的条件是什么？
【答案】证明了光的粒子性，两种效应取决于入射光的波长，当X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应，当可见光或紫外线入射时，主要产生光电效应．1．实验结果
1918—1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应．康普顿效应2．光子说对康普顿效应的解释
假定X射线光子与电子发生空气弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应． 例1 白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A．频率变大 B．速度变小
C．光子能量变大 D．波长变长1.(2018年茂名检测)关于康普顿效应下列说法中正确的是( )
A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长短
B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C．康普顿效应证明了光的波动性
D．光子具有动量
【答案】D1．光的粒子性的含义
粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．
(1)当光同其他物质发生作用时，表现出粒子的性质．
(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．
(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．对光的波粒二象性的理解2．光的波动性的含义
光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述：(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著．
3．光的波动性，粒子性是统一的
(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．
(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现． 例2 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
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．大量光子的行为往往显示出粒子性
解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．
答案：C
【题后反思】光既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒子，光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波和粒子的特性．2．(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是( )
A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体
B.光是波，与橡皮绳上的波相似
C.光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大
D.在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的
【答案】CD
【解析】由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，不同于宏观观念中的波和粒子，故A、B选项错误.在干涉实验中，光强度大的地方即为光子到达概率大的地方，表现为亮纹；光强度小的地方即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C选项正确.在宏观世界中，牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波动性与粒子性才能统一，故D选项正确.
