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1、
光是波還是粒子
1.在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是( ?。?
A.使光子一個(gè)一個(gè)的通過(guò)單縫,如果時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上會(huì)出現(xiàn)衍射圖樣
B.單個(gè)光子通過(guò)單縫后,底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣
C.光子通過(guò)單縫的運(yùn)動(dòng)路線像水波一樣起伏
D.單個(gè)光子通過(guò)單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機(jī)性,大量光子通過(guò)單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性
2.用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),隨著時(shí)間的增加,在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)(b)(c)所示的圖像,則( ?。?。
A.圖像(a)表明光具有粒子性
B.圖像(c)表明光具有波動(dòng)性
C.用紫外光觀察不到類似的圖像
D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率
2、波
3.在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽(yáng)極,會(huì)產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能。已知陽(yáng)極與陰極之間的電勢(shì)差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X光的( ?。?
A.最短波長(zhǎng)為 B.最長(zhǎng)波長(zhǎng)為
C.最小頻率為 D.最大頻率為
4.在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),在觀察屏的某處是亮紋,則對(duì)光子到達(dá)觀察屏的位置,下列說(shuō)法正確的是( ?。?。
A.到達(dá)亮紋處的概率比到達(dá)暗紋處的概率大
B.到達(dá)暗紋處的概率比到達(dá)亮紋處的概率大
C.該光子可能到達(dá)光屏的任何位置
D.以上說(shuō)法均有可能
5.關(guān)于光的本性,以下說(shuō)法中
3、正確的是( ?。?
A.光的頻率越大,光子的能量越小
B.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),光的頻率也越大
C.光的顏色與光的頻率無(wú)關(guān)
D.光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性
6.2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國(guó)科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是一種高頻電磁波,若X射線在真空中的波長(zhǎng)為λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量,則( ?。?。
A.,p=0 B.,
C.,p=0 D.,
7.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若在像屏處放上照相底片,并使光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,如果曝光
4、時(shí)間不太長(zhǎng),底片上出現(xiàn)________;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上出現(xiàn)__________。
8.20世紀(jì)20年代,劍橋大學(xué)學(xué)生G·泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板,整個(gè)裝置如圖所示,小燈泡發(fā)出的光通過(guò)熏黑的玻璃后變得十分微弱,經(jīng)過(guò)三個(gè)月的曝光,在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋,泰勒對(duì)此照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量,得出每秒到達(dá)底片的能量是5×10-13 J。
(1)假設(shè)起作用的光波長(zhǎng)約為500 nm,計(jì)算從一個(gè)光子到達(dá)和下一個(gè)光子到達(dá)所相隔的平均時(shí)間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離;
(2)如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的
5、箱子長(zhǎng)為1.2 m,根據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果,能否找到支持光是概率波的證據(jù)?
參考答案
1.答案:AD
解析:根據(jù)光的波粒二象性知,A、D正確,B、C錯(cuò)誤。
2.答案:ABD
解析:圖像(a)表明單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)落點(diǎn)無(wú)規(guī)律,表現(xiàn)出光的粒子性,選項(xiàng)A正確;圖像(c)表明大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性,選項(xiàng)B正確;用任意單色光做實(shí)驗(yàn)都能得到類似的結(jié)果,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)表明光子到達(dá)各個(gè)地方的幾率不一樣,光是一種概率波,選項(xiàng)D正確。
3.答案:D
解析:波長(zhǎng)最短的光子能量最大,其能量E=hν==eU,所以,,D項(xiàng)正確。
4.答案:AC
解析:根據(jù)概率波的含義,一個(gè)光子到達(dá)亮紋處的
6、概率要比到達(dá)暗紋處的概率要大得多,但并不是一定能夠到達(dá)亮紋處,故A、C正確。
5.答案:D
解析:根據(jù)E=hν知,光子的頻率越大,光子的能量越大,A錯(cuò)誤;根據(jù)知,光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),光的頻率越小,B錯(cuò)誤;不同頻率的光顏色不同,光的顏色與光的頻率有關(guān),C錯(cuò)誤;光具有波粒二象性,D正確。
6.答案:D
解析:根據(jù)E=hν,且,c=λν可得X射線每個(gè)光子的能量為,每個(gè)光子的動(dòng)量為。
7.答案:無(wú)規(guī)則分布的光點(diǎn) 規(guī)則的干涉圖樣
解析:解此類題的關(guān)鍵是要理解以下知識(shí)要點(diǎn):(1)光是一種波,同時(shí)也是一種粒子,也就是說(shuō)光具有波粒二象性。(2)光的波動(dòng)性在光的傳播過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái),具有一定的波長(zhǎng)和頻率,能
7、夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象;光的粒子性在它與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出來(lái),光子具有一定的能量(E=hν)和動(dòng)量()。在雙縫實(shí)驗(yàn)中,如能使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,如果曝光時(shí)間短時(shí),底片上只出現(xiàn)一些無(wú)規(guī)則分布的點(diǎn)子,形不成干涉特有的明、暗相間的條紋,表現(xiàn)出光的粒子性。點(diǎn)子分布看似無(wú)規(guī)則,但在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實(shí)驗(yàn)規(guī)律;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就出現(xiàn)如同強(qiáng)光短時(shí)間曝光一樣的規(guī)則的干涉條紋。在干涉條紋中亮度大的地方,也就是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方。所以,這種意義上,可以把光的波動(dòng)性看做表明光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。
8.答案:(1)8.0×10-7 s 2.4×102 m (2
8、)見(jiàn)解析
解析:(1)對(duì)于λ=500 nm的光子能量為
E=hν==6.63×10-34×J=4.0×10-19 J。
因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為=1.25×106(個(gè))。
如果光子是依次到達(dá)底片的,則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是
=8.0×10-7 s。
兩相鄰光子間平均距離為s=c·Δt=3.0×108×8.0×10-7m=2.4×102 m。
(2)由(1)的計(jì)算結(jié)果可知,兩光子間距為2.4×102 m,而箱子長(zhǎng)只有1.2 m,所以在箱子里一般不可能有兩個(gè)光
9、子同時(shí)在運(yùn)動(dòng),這樣就排除了光的衍射行為是光子相互作用的可能性,因此,衍射圖形的出現(xiàn)是許多光子各自獨(dú)立行為積累的結(jié)果,在衍射條紋的亮區(qū)是光子到達(dá)可能性較大的區(qū)域,而暗區(qū)是光子到達(dá)可能性較小的區(qū)域。這個(gè)實(shí)驗(yàn)支持了光波是概率波的觀點(diǎn)。
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