四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省通江县永安中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 231.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:17:08 | ||
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文档简介
4.3光的波粒二象性
1．下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的说法是
(
)
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
2．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为 ( )
A．
B．
C．
D．
3．下列说法中正确的是（
）
A．物质波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
4．近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(
)
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
5．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光波与机械波是同种波
C．光的波动性是由光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量E＝hν中，仍表现出波的特性
6．从古代光的微粒说，到托马斯?杨和菲涅尔的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁理论，到爱因斯坦的光子理论，人类对光的认识构成了一部科学史诗。如果现在要问光的本性是什么？我们的回答是（ ）
A．大量光子表现出光具有粒子性
B．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
C．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
7．利用金属晶格（大小约10-9
m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A．该实验说明了电子具有粒子性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将不明显
8．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
9．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )
A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样
B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样
C．大量光子的运动显示光的波动性
D．光只有波动性没有粒子性
10．下列说法正确的是
A．光电效应表明光具有波动性
B．光的康普顿散射现象表明光具有粒子性
C．光的干涉现象表明光具有波动性
D．光的衍射现象表明光具有粒子性
11．科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像．已知普朗克常量为h，真空的光速为c.若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝________，该光子与电子碰撞后其波长将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．
12．设想利用金属晶格（大小约10-10m）作为观察电子波动性的障碍物，可以用电场来加速电子，使其动量足够大，对应的物质波的波长也等于10-10m，这时就应该能观察到明显的衍射现象。这个加速电压应该是________V。（电子质量为m=0.91×10-30kg，基本电荷为e=1.6×10-19C）
13．在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同。已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长λ。
14．电子具有多大速度时，德布罗意波的波长同光子能量为4×104
eV的X射线的波长相等？此电子需经多大的电压加速？
参考答案
1．D
【解析】
光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，B正确；光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是同一的，D错误．
2．C
【解析】
加速后的速度为v，根据动能定理可得，所以，由德布罗意波公式可得，
C正确．
3．C
【解析】
任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A项错．
4．D
【解析】
试题分析：光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性.在光线好的时候大量光子表现波动性，光线暗时表现出粒子性，因此D正确。
考点：波粒二象性
点评：本题考查了对于光的本性的理解。光既具有波动性又具有粒子性。
5．D
【解析】
个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，而不是有的光是波，有的光是粒子，故A错误；光子是电磁波，而电子是实物粒子，B错误；光波是概率波，个别光子的行为是随机的，表现为粒子性，大量光子的行为往往表现为波动性，不是由光子间的相互作用形成的，C错误；光是一种波，同时也是一种粒子，在光子能量中，频率ν仍表示的是波的特性，它体现了光的波动性与粒子性的统一，故D正确．
6．D
【解析】
AD.光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，A错误D正确；
B.光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”进行的，用很弱的光做双缝干涉实验时的照片上的白点就是光子落在胶片上的痕迹，清楚的显示了光的粒子性，但这仅仅是光本性的一面，还不能全面的描述，B错误；
C．光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关，C错误；
7．D
【解析】
A.该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A错误；
B.电子束通过电场加速，由动能定理可得：，得：，则动量
，所以实验中电子束的德布罗意波的波长为：，
故B错误；
C.由B可知：加速电压U越大，波长越小，衍射现象越不明显，故C错误；
D.若用相同动能的质子替代电子，质量变大，则粒子动量变大，故德布
罗意波的波长变小，故衍射现象将不明显，故D正确。
8．BD
【解析】
A.光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；
B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B正确；
C.根据光电效应方程可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；
D.在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，D正确．
9．AC
【解析】
使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现双缝干涉图样，如果时间很短，少量光子到达底片上，由于光波是概率波，光子的行为是随机的，则底片上不会出现双缝干涉图样，故A正确，B错误；光波是一种概率波，光子落在光屏上各点的概率是不同的。单个光子通过双缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出规律性。所以个别光子的运动体现粒子性，大量光子的运动体现波动性，故C正确；光既具有波动性又具有粒子性，故D错误。
10．BC
【解析】
A、光电效应表明光具有粒子性，A错误；
B、康普顿效应现象说明光子具有动量，即具有粒子性，B正确；
CD、干涉和衍射现象都是波特有的现象，故光的干涉和衍射现象标明了光具有波动性，C正确D错误．
11．
变大
【解析】
根据E=hv求出光子的能量；光子与静止电子碰撞后，动量守恒，能量守恒，通过能量守恒判断光子频率的变化，从而得出波长的变化．
【详解】
光子的能量，而光子的频率和波长关系，故；
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，根据知，波长变大.
【点睛】
解决本题的关键知道频率与波长的关系，康普顿效应抓住动量守恒和能量守恒．
12．
【解析】
电子加速后的动能，电子的德布罗意波波长：，故．
13．
【解析】
根据求入射光波长，由求碰前光子动量；
根据动量守恒定律求碰后光子的动量；
再由求碰后光子波长。
【详解】
由波速、频率和波长的关系得，频率为的入射光的波长，所以碰前动量为。根据动量守恒定律得：，解得：。又根据得：。
【点睛】
熟记公式，，明确动量守恒定律适用于宏观物体，同时也适用于微观粒子的碰撞，是解决本题的关键。
14．=2.34×107
m/s；U=1.56×103
V
【解析】
由德布罗意波公式
光子能量式
联立可得：
由动能定理得：，解得
1．下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的说法是
(
)
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
2．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为 ( )
A．
B．
C．
D．
3．下列说法中正确的是（
）
A．物质波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
4．近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(
)
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
5．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光波与机械波是同种波
C．光的波动性是由光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量E＝hν中，仍表现出波的特性
6．从古代光的微粒说，到托马斯?杨和菲涅尔的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁理论，到爱因斯坦的光子理论，人类对光的认识构成了一部科学史诗。如果现在要问光的本性是什么？我们的回答是（ ）
A．大量光子表现出光具有粒子性
B．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
C．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
7．利用金属晶格（大小约10-9
m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A．该实验说明了电子具有粒子性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将不明显
8．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
9．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )
A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样
B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样
C．大量光子的运动显示光的波动性
D．光只有波动性没有粒子性
10．下列说法正确的是
A．光电效应表明光具有波动性
B．光的康普顿散射现象表明光具有粒子性
C．光的干涉现象表明光具有波动性
D．光的衍射现象表明光具有粒子性
11．科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像．已知普朗克常量为h，真空的光速为c.若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝________，该光子与电子碰撞后其波长将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．
12．设想利用金属晶格（大小约10-10m）作为观察电子波动性的障碍物，可以用电场来加速电子，使其动量足够大，对应的物质波的波长也等于10-10m，这时就应该能观察到明显的衍射现象。这个加速电压应该是________V。（电子质量为m=0.91×10-30kg，基本电荷为e=1.6×10-19C）
13．在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同。已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长λ。
14．电子具有多大速度时，德布罗意波的波长同光子能量为4×104
eV的X射线的波长相等？此电子需经多大的电压加速？
参考答案
1．D
【解析】
光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，B正确；光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，C正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是同一的，D错误．
2．C
【解析】
加速后的速度为v，根据动能定理可得，所以，由德布罗意波公式可得，
C正确．
3．C
【解析】
任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A项错．
4．D
【解析】
试题分析：光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性.在光线好的时候大量光子表现波动性，光线暗时表现出粒子性，因此D正确。
考点：波粒二象性
点评：本题考查了对于光的本性的理解。光既具有波动性又具有粒子性。
5．D
【解析】
个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，而不是有的光是波，有的光是粒子，故A错误；光子是电磁波，而电子是实物粒子，B错误；光波是概率波，个别光子的行为是随机的，表现为粒子性，大量光子的行为往往表现为波动性，不是由光子间的相互作用形成的，C错误；光是一种波，同时也是一种粒子，在光子能量中，频率ν仍表示的是波的特性，它体现了光的波动性与粒子性的统一，故D正确．
6．D
【解析】
AD.光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，A错误D正确；
B.光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”进行的，用很弱的光做双缝干涉实验时的照片上的白点就是光子落在胶片上的痕迹，清楚的显示了光的粒子性，但这仅仅是光本性的一面，还不能全面的描述，B错误；
C．光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关，C错误；
7．D
【解析】
A.该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A错误；
B.电子束通过电场加速，由动能定理可得：，得：，则动量
，所以实验中电子束的德布罗意波的波长为：，
故B错误；
C.由B可知：加速电压U越大，波长越小，衍射现象越不明显，故C错误；
D.若用相同动能的质子替代电子，质量变大，则粒子动量变大，故德布
罗意波的波长变小，故衍射现象将不明显，故D正确。
8．BD
【解析】
A.光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；
B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B正确；
C.根据光电效应方程可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；
D.在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，D正确．
9．AC
【解析】
使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现双缝干涉图样，如果时间很短，少量光子到达底片上，由于光波是概率波，光子的行为是随机的，则底片上不会出现双缝干涉图样，故A正确，B错误；光波是一种概率波，光子落在光屏上各点的概率是不同的。单个光子通过双缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出规律性。所以个别光子的运动体现粒子性，大量光子的运动体现波动性，故C正确；光既具有波动性又具有粒子性，故D错误。
10．BC
【解析】
A、光电效应表明光具有粒子性，A错误；
B、康普顿效应现象说明光子具有动量，即具有粒子性，B正确；
CD、干涉和衍射现象都是波特有的现象，故光的干涉和衍射现象标明了光具有波动性，C正确D错误．
11．
变大
【解析】
根据E=hv求出光子的能量；光子与静止电子碰撞后，动量守恒，能量守恒，通过能量守恒判断光子频率的变化，从而得出波长的变化．
【详解】
光子的能量，而光子的频率和波长关系，故；
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，根据知，波长变大.
【点睛】
解决本题的关键知道频率与波长的关系，康普顿效应抓住动量守恒和能量守恒．
12．
【解析】
电子加速后的动能，电子的德布罗意波波长：，故．
13．
【解析】
根据求入射光波长，由求碰前光子动量；
根据动量守恒定律求碰后光子的动量；
再由求碰后光子波长。
【详解】
由波速、频率和波长的关系得，频率为的入射光的波长，所以碰前动量为。根据动量守恒定律得：，解得：。又根据得：。
【点睛】
熟记公式，，明确动量守恒定律适用于宏观物体，同时也适用于微观粒子的碰撞，是解决本题的关键。
14．=2.34×107
m/s；U=1.56×103
V
【解析】
由德布罗意波公式
光子能量式
联立可得：
由动能定理得：，解得