2024-2025學(xué)年高中物理課時分層作業(yè)14光的波粒二象性含解析教科版選修3-5

PAGE5-課時分層作業(yè)(十四)光的波粒二象性(時間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達標練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．(多選)以下關(guān)于康普頓效應(yīng)的相識，說法正確的是()A．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動性B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性C．當光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加D．當光子與晶體中的電子碰撞后，其能量削減BD[康普頓用光子的模型勝利地說明白康普頓效應(yīng)，在散射過程中X射線的光子與晶體中的電子碰撞時要遵循動量守恒定律和能量守恒定律，故B、D正確，A、C錯誤．]2．(多選)關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是()A．關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因斯坦提出“光子說”，它們都說明白光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性D．光電效應(yīng)說明光具有粒子性CD[光的波動性指大量光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律來描述，不是惠更斯的波動說中宏觀意義下的機械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓微粒說中的經(jīng)典微粒．某現(xiàn)象說明光具有波動性，是指波動理論能說明這一現(xiàn)象．某現(xiàn)象說明光具有粒子性，是指能用粒子說說明這個現(xiàn)象．要區(qū)分說法和物理史實與波粒二象性之間的關(guān)系．C、D正確，A、B錯誤．]3．(多選)下面關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著C．光在傳播時往往表現(xiàn)出波動性，光在跟物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性D．光不行能同時既具有波動性，又具有粒子性ABC[光既具有粒子性，又具有波動性，大量的光子波動性比較明顯，個別光子的粒子性比較明顯，故A正確；在光的波粒二象性中，頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著，故B正確；光在傳播時往往表現(xiàn)出波動性，光在跟物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性，故C正確；光的波粒二象性是指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性，二者是統(tǒng)一的，故D錯誤．]4．(多選)為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉試驗中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強度，下列說法正確的是()A．使光子一個一個地通過雙縫干涉試驗裝置的狹縫，假如時間足夠長，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B．使光子一個一個地通過雙縫干涉試驗裝置的狹縫，假如時間足夠長，底片上將出現(xiàn)不太清楚的雙縫干涉圖樣C．大量光子的運動規(guī)律顯示出光的粒子性D．個別光子的運動顯示出光的粒子性AD[單個光子運動具有不確定性，大量光子落點的概率分布遵循肯定規(guī)律，顯示出光的波動性．使光子一個一個地通過雙縫，假如時間足夠長，底片上會出現(xiàn)明顯的干涉圖樣，A正確，B、C錯誤；由光的波粒二象性知，個別光子的運動顯示出光的粒子性，D正確．]5．(多選)在驗證光的波粒二象性的試驗中，下列說法正確的是()A．使光子一個一個地通過單縫，假如時間足夠長，底片上會出現(xiàn)衍射圖樣B．單個光子通過單縫后，底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣C．光子通過單縫的運動路途像水波一樣起伏D．單個光子通過單縫后打在底片上的狀況呈現(xiàn)出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的狀況呈現(xiàn)出規(guī)律性AD[個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性．單個光子的運動是隨機的，無規(guī)律的，但出現(xiàn)在底片上明條紋處的概率大些，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，大量光子運動符合統(tǒng)計規(guī)律，通過單縫產(chǎn)生衍射圖樣，故A、D正確，B錯誤．光子通過單縫的運動路途是無規(guī)律的，故C錯誤．]6．(多選)在單縫衍射試驗中，中心亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上．假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子能通過單縫，那么該光子()A．肯定落在中心亮紋處B．肯定落在亮紋處C．可能落在亮紋處D．可能落在暗紋處CD[依據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不行確定的，但概率最大的是落在中心亮紋處，可達95%以上．當然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，只不過落在暗處的概率很小而已，故只有C、D正確．]二、非選擇題(14分)7．光具有波粒二象性，光子的能量ε＝hν，其中頻率ν表示波的特征．若某激光管以PW＝60W的功率放射波長λ＝663nm的光束，試依據(jù)上述理論計算：該管在1s內(nèi)放射出多少個光子？[解析]設(shè)在時間Δt內(nèi)放射出的光子數(shù)為n，光子的頻率為ν，每個光子的能量ε＝hν，所以PW＝eq\f(nhν,Δt)(Δt＝1s)而ν＝eq\f(c,λ)，解得n＝eq\f(PWΔt·λ,hc)＝eq\f(60×1×663×10－9,6.63×10－34×3×108)個＝2.0×1020個．[答案]2.0×1020個[實力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．(多選)科學(xué)探討證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中()A．能量守恒 B．動量守恒C．λ＜λ′ D．λ＞λ′ABC[能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界，也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒規(guī)律．光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項A、B、C正確．]2．(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉試驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，則下列說法正確的是()A．圖像(a)表明光具有粒子性B．圖像(c)表明光具有波動性C．用紫外光不能產(chǎn)生干涉D．試驗表明光是一種概率波ABD[用很弱的光做雙縫干涉試驗得到的圖片上的一個一個無分布規(guī)律的光點，體現(xiàn)了光的粒子性，故A正確；經(jīng)過較長時間曝光的圖片(c)，出現(xiàn)了明暗相間的條紋，波動性較為明顯，本試驗表明光是一種概率波，但不能表明光是一種電磁波，故B、D均正確；紫外光也屬于波，也能發(fā)生干涉，故C錯誤．]3．近年來，數(shù)碼相機幾近家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機性能的一個特別重要的指標就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可以理解為()A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性D[數(shù)碼相機拍出的照片不是白點，不能說明顯示粒子性，故不選擇A；光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關(guān)，所以B錯誤；大量光子表現(xiàn)光具有波動性，所以C錯誤；光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，D正確．]4．任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之對應(yīng)，波長是λ＝eq\f(h,p)，式中p是運動物體的動量，h是普朗克常量，人們把這種波叫德布羅意波，現(xiàn)有一個德布羅意波長為λ1的物體1和一個德布羅意波長為λ2的物體2相向正碰后粘在一起，已知|p1|＜|p2|，則粘在一起的物體的德布羅意波長為()A.eq\f(λ1＋λ2,2)B.eq\f(λ1－λ2,2)C.eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)D.eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)D[由動量守恒p2－p1＝(m1＋m2)v知，即eq\f(h,λ2)－eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ)，所以λ＝eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)，故D正確．]二、非選擇題(本大題共2小題，共26分)5．(12分)若一個光子的能量等于一個電子的靜止能量，已知靜止電子的能量為m0c2，其中m0為電子質(zhì)量，c為光速，試問該光子的動量和波長是多少？(電子的質(zhì)量取9.11×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)[解析]一個電子靜止能量為m0c2，按題意hν＝m0c2光子的動量p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(ε,c)＝eq\f(m0c2,c)＝m0c＝9.11×10－31kg×3×108m/s≈2.73×10－22kg·m/s光子的波長λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.63×10－34J·s,2.73×10－22kg·m/s)≈2.4×10－12m.[答案]2.73×10－22kg·m/s2.4×10－12m6．太陽光垂直射到地面上時，地面上1m2接收的太陽光的功率為1.4kW，其中可見光部分約占45%.(普朗克常量h＝6.6×10－34J·s)(1)假如認為可見光的波長約為0.55μm，日、地間距離R＝1.5×1011m，估算太陽每秒輻射出的可見光光子數(shù)為多少？(2)若已知地球的半徑為6.4×106m，估算地球接收的太陽光的總功率．[解析](1)設(shè)地面上垂直陽光的1m2面積上每秒鐘接收的可見光光子數(shù)為n，則有P×45%＝n·heq\f(c,λ)解得n＝eq\f(0.45λP,hc)＝eq\f(0.45×0.55×10－6×1.4×103,6.6×10－34×3×108)＝1.75×1021(個)設(shè)想一個以大陽為球心，以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽，大球面接收的光子數(shù)即等于太陽輻射的全部光子數(shù)．則所求可見光光子數(shù)N＝n·4πR2＝1