上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：2.3光是波还是粒子 课时练（含解析）

2.3光是波还是粒子
1．下列关于光的本性的说法中正确的是（ ）．
A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
2．对光的认识，下列说法错误的是（　　）
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．光的波动二象性应理解为：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
3．光能够发生干涉和衍射现象，说明
A．光具有波动性 B．光具有粒子性
C．光具有波粒二象性 D．光沿直线传播
4．下列各种叙述中，符合物理学史事实的是（ ）．
A．托马斯·杨通过对光的干涉的研究证实了光具有粒子性
B．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说
C．赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在
D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的
5．电子衍射实验证明电子具有波动性，这种波可称为（ ）．
①电磁波 ②概率波 ③德布罗意波 ④物质波
A．①② B．①④ C．①②③ D．②③④
6．在宏观世界中相互对立的波动性和粒子性，在光的本性研究中却得到了统一，即光具有波粒二象性，下列关于光的波粒二象性的叙述中不正确的是（ ）．
A．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性
B．光在传播时表现出波动性，而在跟物质作用时表现出粒子性
C．频率大的光较频率小的光的粒子性强，但波动性弱
D．频率大的光较频率小的光的粒子性及波动性都强
7．在“双缝干涉”实验中，在光屏处放上照相底片，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，底片上只能出现一些不规则的点迹；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对该实验现象的解释正确的是（ ）．
A．曝光时间不长时，到达光屏的光能太少，条纹看不清楚，故出现不规则的点迹
B．单个光子的行为表现出粒子性，没有确定的轨道，故出现不规则的点迹
C．大量光子的行为表现出粒子性，所以会出现规则的干涉条纹
D．干涉条纹中亮条纹处表示有光子到达，暗条纹处表示没有光子到达
8．我们经常可以看到，凡路边施工处总挂有红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光（ ）．
A．比其他可见光更容易发生干涉
B．比其他可见光更容易发生衍射
C．比其他可见光的光子能量大
D．比其他可见光更容易发生光电效应
9．下列实验中，能证实光具有波动性的是（ ）．
①光电效应实验 ②光的双缝干涉实验 ③光的圆孔衍射实验 ④粒子散射实验
A．①和② B．②和③ C．①和④ D．③和④
10．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图A、B、C所示的图像，该实验现象说明：个别光子的行为往往显示出__________，大量光子的行为往往显示出__________ （选填“粒子性”、“波动性”、或“波粒二象性”） 。
11．20世纪90年代，某剑桥大学学生做了一个实验，在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对这张照片的平均黑度进行测量，从到达底片的能量得出每秒到达底片的光子数个．假如起作用的光波长约为，当时实验用的箱子长为1.2m．
（1）计算从一个光子到下一个光子到达底片相隔的平均时间为_________，设光子是依次到达底片的，光束中邻近光子之间的平均距离为_______．
（2）根据（1）的结果，找到了支持光是概率波的证据．理由是：_________．
12．光的波动性是____________光子运动的规律，光波强的地方就是光子____________的地方，光的波长越长____________性越显著，波长越短____________性越显著．
13．____________现象证明光具有波动性，____________证明光具有粒子性，因而光具有____________性．
14．从人类第一次使用光来驱赶黑暗以来，许多研究物理学的巨匠都怀着极大的兴趣去研究光究竟是什么．请你按人类对光的认识和研究进程的先后就下列选项进行排序______________（用字母排）．
A．爱因斯坦提出光子说 B．托马斯·杨在实验中成功地观察到光的干涉现象
C．牛顿提出光的粒子说，而惠更斯提出光的波动说 D．麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波
参考答案
1．C
【解析】
A．牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的。惠更斯提出了“波动说”，光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性。故A错误。
B．光具有波粒二象性，但不能把光看成宏观概念上的波。光的粒子性要求把光看成微观概念上的粒子。故B错误。
C．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。故C正确。
D．频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著。故D错误。
故选C。
2．C
【解析】
A．根据波粒二象性可知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，A正确；
BCD．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，光的波粒二象性可理解为：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，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，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，BD正确，C错误。本题选错误的。
故选C。
3．A
【解析】
AB．干涉和衍射是波的特有现象。故光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，不能说明光的粒子性，A正确，B错误；
C．干涉和衍射现象不能说明光的粒子性，也就不能说明光具有波粒二象性，C错误；
D．光能够发生干涉和衍射现象，能说明光可能不沿直线传播，D错误。
故选A。
4．C
【解析】
A．托马斯·杨通过对光的干涉的研究证实了光具有波动性。故A不符合题意。
B．为了解释光电效应实验现象爱因斯坦提出了光子说。故B不符合题意。
C．赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在。故C符合题意。
D．光电效应是由赫兹首先发现的。故D不符合题意。
故选C。
5．D
【解析】
电子是实物粒子，能发生衍射现象，该实验说明物质波理论是正确的，这种波称为物质波、德布罗意波和概率波。
A．①②。故A不符合题意。
B．①④。故B不符合题意。
C．①②③。故C不符合题意。
D．②③④。故D符合题意。
故选D。
6．D
【解析】
A．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。故A不符合题意。
B．碰撞时（如光电效应、康普顿效应）、少量光子、频率较高的光子表现为粒子性；传播时、大量光子、频率较低的光子表现为波动性。故B不符合题意。
CD．光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故C不符合题意，D符合题意。
故选D。
7．B
【解析】
A．曝光时间不长时，光子较少，少量的光子表现为粒子性，并且单个光子通过双缝后的落点无法预测，会出现不规则的点迹。故A错误。
B．单个光子的行为表现出粒子性，没有确定的轨道，故出现不规则的点迹。故B正确。
C．大量光子的行为表现出波动性，所以会出现规则的干涉条纹。故C错误。
D．光子到达的多的区域表现为亮条纹，而光子到达的少的区域表现为暗条纹。故D错误。
故选B。
8．B
【解析】
AB．红色光的波长较长，而频率较小，所以比其他可见光更容易发生衍射，故A不符合题意，B符合题意。
C．红色光的波长较长，而频率较小，由E=hv知比其他可见光的光子能量更小。故C不符合题意。
D．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与光的颜色无关系。故D不符合题意。
故选B。
9．B
【解析】
光电效应-认为光的能量是一份一份的，说明光具有粒子性，故①错误。双缝干涉，认为光会叠加产生增强或减弱的效果，说明光具有波动性，故②正确。衍射，认为光会绕过障碍物，说明光具有波动性，故③正确。α粒子散射，验证了原子模型，利用了带电粒子在电场中的运动，说明α射线（光）的粒子性，故④错误。
A. ①和②。故A不符合题意。
B. ②和③。故B符合题意。
C. ①和④。故C不符合题意。
D. ③和④。故D不符合题意。
故选B。
10．粒子性 波动性
【解析】
[1][2]．少量的光子所能到达的位置不能确定，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，单个光子所到达哪个位置是个概率问题；只有当大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故此实验表明了光是一种概率波．
11． 见解析所示
【解析】
(1)[1]光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔为：
[2]相邻两光子间的平均距离为：
s=c△t=2.4×102 m
(2)[3]由（1）的计算结果可知，两光子间距为2.4×102 m，而箱子长只有1.2m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时运动，这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域
12．大量 到达多 波动 粒子
【解析】
[1][2][3][4]光具有波粒二象性，光的波动性是大量光子运动的规律，光波强的地方就是光子到达多的地方，光的波长越长波动性越显著，波长越短粒子性越显著。
13．干涉、衍射 光电效应 波粒二象
【解析】
[1][2][3]干涉、衍射现象证明光具有波动性，光电效应证明光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。
14．CBDA
【解析】
人类对光的认识过程是：牛顿提出光的粒子说，而惠更斯提出光的波动说，托马斯?扬在实验中成功地观察到光的干涉现象，干涉现象是波特有的特点，故双缝干涉实验显示了光具有波动性；接着麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波，麦克斯韦预言了光是一种电磁波，而赫兹用实验证实了电磁波的存在；其次伦琴发现X射线；最后爱因斯坦提出光子说，更多的具有量子性，是指单个的光子表现粒子性，而大量的光子表现为波动性。所以顺序为CBDA。