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1、精品教案 可编辑 第 3 节 康普顿效应及其解释第 4 节 光的波粒二象性 (建议用时： 45 分钟 ) 学业达标 1下列说法正确的是( ) A概率波就是机械波 B物质波是一种概率波 C概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象 D在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则无法确定这个光子落在哪个点上 E光波是一种概率波 【解析】机械波是振动在介质中的传播，而概率波是粒子所到达区域的机率大小可以 通过波动的规律来确定，故其本质不同，A、C 错， B 对；由于光是一种概率波，光子落在 哪个点上不能确定，D、 E 对 【答案】BDE 2在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的
2、95% 以上假设现 在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( ) A一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处 C可能落在亮纹处 D可能落在暗纹处 E落在中央亮纹处的可能性最大 【解析】根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的， 但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95% 以上当然也可能落在其他亮纹处，还可能落 在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D、E 正确 【答案】CDE 3关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( ) A光的频率越高，衍射现象越容易看到 精品教案 可编辑 B光的频率越高，粒子性越显著 C大量光子产生的效果往往显示波动性 D光的波粒二象性否定了光
3、的电磁说 E麦克斯韦提出的光的电磁说，将光的波动说发展到了相当完美的地步 【解析】光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒 子性明显，某些情况下波动性明显，故D 错误光的频率越高，波长越短，粒子性越明显， 波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B 正确、 A 错误大量光子的行为表现出波 动性，个别光子的行为表现出粒子性，故C 正确麦克斯韦提出了光是一种电磁波的学说， 将光的波动说发展到了相当完善的地步，E 正确 【答案】BCE 4对光的认识，下列说法正确的是( ) A个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之
4、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，就不具有波动性了 D光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下光的 粒子性表现明显 E光表现出波动性还是粒子性由光的频率大小决定，频率大的光就显示粒子性 【解析】本题考查光的波粒二象性光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子 性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A 选项正确； 光的波动性不是由光子之间的相互 作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B 选 项正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C、 E选项错误， D 选项正确 【答案】ABD 5为
5、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狭缝，如果时间足够长，底片上将出现 双缝干涉图样 精品教案 可编辑 B使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现 不太清晰的双缝干涉图样 C大量光子的运动规律显示出光的粒子性 D个别光子的运动显示出光的粒子性 E大量光子的运动规律显示出光的波动性 【解析】单个光子运动具有不确定性，大量光子落点的概率分布遵循一定规律，显示 出光的波动性 使光子一个一个地通过双缝，如果时间足够长，底片上会出现明显的干涉图 样， A、E正确，
6、B、C 错误；由光的波粒二象性知，个别光子的运动显示出光的粒子性，D 正确 【答案】ADE 6关于电子的运动规律，以下说法不正确的是( ) A电子如果表现粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 B电子如果表现粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 C电子如果表现波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动 规律 D电子如果表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 E电子如果表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动也不遵循牛顿运 动定律 【解析】由于运动对应的物质波是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用
7、轨迹描述 其运动，也不遵循牛顿运动定律，A、B 错误， E 正确；大量电子表现出波动性，无法用轨 迹描述其运动， 可确定电子在某点附近出现的概率，且概率遵循波动规律，C 正确， D 错误 【答案】ABD 7物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减 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 上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这 个实验结果有下列认识，其中正确的是( ) 精品教案 可编辑 A曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子 B单个光子的运动没有
8、确定的轨道 C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D只有大量光子的行为才能表现出波动性 E只有个别光子的行为才能表现出波动性 【解析】光波是概率波， 单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支 配，少数光子落点不确定体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才 表现出波动性，出现干涉中的亮纹或暗纹，故A、E 错误， B、D 正确；干涉条纹中的亮纹 处是光子到达机会多的地方，暗纹处是光子到达机会少的地方，但也有光子到达，故C 正 确 【答案】BCD 8紫外线光子的动量为 h c .一个静止的O3吸收了一个紫外线光子后沿着_ 方向 运动 【解析】由动量守恒定律知，
9、吸收了紫外线光子的O3分子与光子原来运动方向相同 【答案】光子原来运动的 能力提升 9关于光的波粒二象性，下列说法正确的是( ) A光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体 B光是波，与橡皮绳上的波相似 C光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光 子到达的概率大 D在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的 E单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片 上的情况呈现出规律性 【解析】由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，不同于宏观观念中的波和粒 精品教案 可编辑 子，故 A、B 选项错误在干涉实验中，光强度大的地
10、方即为光子到达概率大的地方，表现 为亮纹；光强度小的地方即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C 选项正确在宏 观世界中， 牛顿的“微粒说”与惠更斯的“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波 动性与粒子性才能统一，故D 选项正确光子通过单缝的运动路线是无法确定、毫无规律 的，大量光子通过单缝后却呈现规律性，E 选项正确 【答案】CDE 10 白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果美国物理学家康普 顿由于在这方面的研究而荣获了1927 年的诺贝尔物理学奖假设一个运动的光子和一个静 止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光 子跟原来的光子
11、相比光子能量变_ ，波长变 _ 【解析】光子与电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静 止，被碰后动量、能量增加；所以光子的动量、能量减小，频率变小，波长变大 【答案】小大 11 如图 2-4-3是一个粒子源产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板， 粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光那么在荧光屏上将看到什么现象？ 【导学号： 78220024】 图 2-4-3 【解析】由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运 动到达屏上的某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉 条纹 【答案】有多条明暗相间的条纹 12
12、光具有波粒二象性，光子的能量h，其中频率表示波的特征，在爱因斯坦 提出光子说之后， 法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系p h .若某 精品教案 可编辑 激光管以P60 W 的功率发射波长663 nm的光束，试根据上述理论计算： (1)该管在 1 s 内发射出多少个光子？ (2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大？ 【导学号： 78220025】 【解析】(1)光子不仅有能量，而且有动量，照射物体时，产生的作用力可根据动量 定理求解设在时间t内发射出的光子数为n，光子频率为，每个光子的能量h， 所以P nh t ( t 1 s) 而 c 解
13、得n Pt hc 60 1 663 10 9 6.63 10 34 3 10 8(个 ) 2.0 10 20(个) (2)在时间 t内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题 中信息可知，n个光子的总动量为 p总npn h . 根据动量定理有Ftp总，解得黑体表面对光子束的作用力为 F p总 t nh t nh t P c 60 3 10 8 N 2.0 10 7 N. 又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力FF 2.0 10 7 N. 【答案】(1)2.0 10 20 (2)2.0 10 7 N 13 科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所
14、在地每秒 每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆面积为S，反射率100% ，设 精品教案 可编辑 太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m. (1)求飞船加速度的表达式(光子动量p h )； (2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？ 【导学号： 78220026】 【解析】(1) 光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，设光对太阳帆的压力 为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则NnS 由动量定理有FtNt2p 所以FN2p 而光子动量p h ，所以F 2nSh 由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为 a F m 2nSh m . (2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳帆吸收 )，光子动量变化 量为p，故太阳帆上受到的光压力为F nSh ，飞船的加速度a nSh m. 【答案】(1)a 2nSh m (2)a nSh m
