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2019-2020年高中物理 第二章 波和粒子 2.3 光是波還是粒子課后訓練 滬科版選修3-5 1．在驗證光的波粒二象性的實驗中，下列說法正確的是（　?。? A．使光子一個一個的通過單縫，如果時間足夠長，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線像水波一樣起伏 D．單個光子通過單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性 2．用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，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（　　）。 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．用紫外光觀察不到類似的圖像 D．實驗表明光是一種概率波 3．在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，會產生包括X光在內的各種能量的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差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．最短波長為　　　B．最長波長為 C．最小頻率為 D．最大頻率為 4．在做雙縫干涉實驗時，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達觀察屏的位置，下列說法正確的是（　　）。 A．到達亮紋處的概率比到達暗紋處的概率大 B．到達暗紋處的概率比到達亮紋處的概率大 C．該光子可能到達光屏的任何位置 D．以上說法均有可能 5．關于光的本性，以下說法中正確的是（　?。? A．光的頻率越大，光子的能量越小 B．光的波長越長，光的頻率也越大 C．光的顏色與光的頻率無關 D．光既具有波動性，又具有粒子性 6．xx年諾貝爾物理學獎中的一項是獎勵美國科學家賈科尼和日本科學家小柴昌俊發(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射線每個光子的能量和動量，則（　　）。 A．，p＝0 B．， C．，p＝0 D．， 7．在雙縫干涉實驗中，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一個地通過狹縫，實驗結果證明，如果曝光時間不太長，底片上出現(xiàn)________；如果曝光時間足夠長，底片上出現(xiàn)__________。 8．20世紀20年代，劍橋大學學生G泰勒做了一個實驗。在一個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，整個裝置如圖所示，小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經過三個月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋，泰勒對此照片的平均黑度進行測量，得出每秒到達底片的能量是510－13 J。 （1）假設起作用的光波長約為500 nm，計算從一個光子到達和下一個光子到達所相隔的平均時間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離； （2）如果當時實驗用的箱子長為1.2 m，根據(jù)（1）的計算結果，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錯誤。 2．答案：ABD 解析：圖像（a）表明單個光子的運動落點無規(guī)律，表現(xiàn)出光的粒子性，選項A正確；圖像（c）表明大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，選項B正確；用任意單色光做實驗都能得到類似的結果，選項C錯誤；實驗表明光子到達各個地方的幾率不一樣，光是一種概率波，選項D正確。 3．答案：D 解析：波長最短的光子能量最大，其能量E＝hν＝＝eU，所以，，D項正確。 4．答案：AC 解析：根據(jù)概率波的含義，一個光子到達亮紋處的概率要比到達暗紋處的概率要大得多，但并不是一定能夠到達亮紋處，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錯誤；根據(jù)知，光的波長越長，光的頻率越小，B錯誤；不同頻率的光顏色不同，光的顏色與光的頻率有關，C錯誤；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射線每個光子的能量為，每個光子的動量為。 7．答案：無規(guī)則分布的光點　規(guī)則的干涉圖樣 解析：解此類題的關鍵是要理解以下知識要點：（1）光是一種波，同時也是一種粒子，也就是說光具有波粒二象性。（2）光的波動性在光的傳播過程中表現(xiàn)出來，具有一定的波長和頻率，能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象；光的粒子性在它與物質相互作用時表現(xiàn)出來，光子具有一定的能量（E＝hν）和動量（）。在雙縫實驗中，如能使光子一個一個地通過狹縫，如果曝光時間短時，底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點子，形不成干涉特有的明、暗相間的條紋，表現(xiàn)出光的粒子性。點子分布看似無規(guī)則，但在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實驗規(guī)律；如果曝光時間足夠長，底片上就出現(xiàn)如同強光短時間曝光一樣的規(guī)則的干涉條紋。在干涉條紋中亮度大的地方，也就是光子到達機會多的地方。所以，這種意義上，可以把光的波動性看做表明光子運動規(guī)律的一種概率波。 8．答案：（1）8.010－7 s　2.4102 m　（2）見解析 解析：（1）對于λ＝500 nm的光子能量為 E＝hν＝＝6.6310－34J＝4.010－19 J。 因此每秒到達底片的光子數(shù)為＝1.25106（個）。 如果光子是依次到達底片的，則光束中相鄰兩光子到達底片的時間間隔是 ＝8.010－7 s。 兩相鄰光子間平均距離為s＝cΔt＝3.01088.010－7m＝2.4102 m。 （2）由（1）的計算結果可知，兩光子間距為2.4102 m，而箱子長只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有兩個光子同時在運動，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)是許多光子各自獨立行為積累的結果，在衍射條紋的亮區(qū)是光子到達可能性較大的區(qū)域，而暗區(qū)是光子到達可能性較小的區(qū)域。這個實驗支持了光波是概率波的觀點。