高中物理第四章波粒二象性3光的波粒二象性练习教科版选修3_5

3光的波粒二象性一、康普顿效应1．光的散射光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．4．光子的动量(1)表达式：p＝h λ.(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性(1)光的干涉和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．(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝h λ.(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．2．对光的波粒二象性的理解(1)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．(2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．(3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．(4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．三、光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．用不同曝光量洗印的照片提示：光是一种概率波，在照片的有些地方光子出现的概率大，有些地方光子出现的概率小．在曝光量很小的情况下，在照片上出现的是一些随机分布的光点，随着曝光量的增大，图像逐渐清晰起来．考点一对康普顿效应的理解假定X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似．按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)．根据碰撞过程中动量、能量均守恒以及动量是矢量分析此题．【解析】因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子可能沿1方向运动，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．【答案】1变长总结提能①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规律，也适用于微观粒子的相互作用过程；②康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．则在光子与电子的碰撞过程中，下列说法中正确的是(D)A．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变短B．能量不守恒，动量不守恒，且碰撞后光子的波长变短C．只有碰撞前后两者的运动方向在一条直线上，能量和动量才守恒，且碰撞后光子的波长变长D．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变长解析：不论碰撞前后光子和电子的运动方向是否在一条直线上，能量和动量均守恒；由于碰撞过程中光子的一部分能量转移给了电子，由E＝hν可知，光子的能量E变小使得频率ν变小，由λ＝c知ν波长λ变长．考点二光的波粒二象性1．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．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．【例2】下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是() A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性(1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．(2)光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性．【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，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．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误．【答案】 C(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是(BCD)A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，从而认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确．考点三对概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．2．大量粒子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起．【例3】(多选)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() 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光是概率波，单个光子的运动具有偶然性，大量光子的运动具有必然性．【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，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．故选BCD.【答案】BCD总结提能物质波是一种概率波，但不能将实物粒子的波动性等同于宏观的机械波．更不能理解为粒子做曲线运动；单个光子到达的位置是不确定的，大量光子遵循波动规律．(多选)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95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(CD)A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大解析：根据光是概率波的概念，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，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确．1．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是(C)A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量较大的光子其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析：光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，选项A正确；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，选项B正确，C错误；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，选项D正确．2．有关光的本性，下列说法正确的是(D)A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性解析：19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，证实光具有粒子性．这种现象波动说不能解释，因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子．波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一物体的两个不同侧面，不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确．3．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是(D)A．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C．两种效应都属于吸收光子的过程D．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程解析：光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性，故D正确．4．下列说法正确的是(B)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，则能确定这个光子落在哪个点上解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同，选项A、C错误；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则不能确定这个光子落在哪个点上，选项D错误，B正确．5．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图所示．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是(AB)A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A项正确；由德布罗意波波长公式λ＝hp，而动量p＝2mE k＝2meU，所以λ＝h2meU，B项正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故C、D项错误．。

《光的波粒二象性》作业一、选择题(每小题8分，共64分)1．关于波的波粒二象性，正确的说法是()A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性解析：光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故A、B、D正确．答案：ABD2．光具有波粒二象性，那么能够证明光具有波粒二象性的现象是()A．光的反射及小孔成像B．光的干涉，光的衍射，光的色散C．光的折射及透镜成像D．光的干涉，光的衍射和光电效应解析：在中学阶段表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象；表明光具有粒子性的典型现象是光电效应和康普顿效应．答案：D3．质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大到2v，则描述该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)()A．保持不变B．变为原来波长的两倍C．变为原来波长的一半D．变为原来波长的2倍解析：由公式λ＝hp＝hm v可以判断．答案：C4．下列说法中正确的是()A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案：C5．关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()A．光的粒子性说明每一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解析：由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，故不同于宏观概念中的波和粒子，故A、B选项错误．在干涉实验中，光强度大的地方，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，波动性和微粒性才统一，故D选项正确．答案：CD6．人眼对绿光最为敏感．正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是() A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 WC．7.0×10－48 W D．1.2×10－48 W解析：ν＝cλ，据题意有P＝6εt＝6hcλt＝2.3×10－18W.答案：A7．利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是()A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波波长公式λ＝h p而动量p＝2mE k＝2meU两式联立得λ＝h2meU，B正确；由公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C、D 错误．答案：AB8．显微镜观看细微结构时，由于受到衍射现象的影响而观察不清，因此观察越细小的结构，就要求波长越短，波动性越弱．在加速电压值相同的情况下，电子显微镜与质子显微镜的分辨本领，下列判定正确的是()A．电子显微镜分辨本领较强B．质子显微镜分辨本领较强C．两种显微镜分辨本领相同D．两种显微镜分辨本领不便比较解析：在电场中加速eU＝12m v2＝p22m，又由物质波公式λ＝hp得λ＝h2meU，所以经相同电压加速后的质子与电子相比，质子的物质波波长短，不易发生明显衍射，从而质子显微镜分辨本领较强，即B选项正确．答案：B二、非选择题(共36分)9．(6分)一颗质量为5.0 kg的炮弹以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长为________；若它以光速运动，它的德布罗意波长为________；若要使它的德布罗意波长为400nm，则它的运动速度为________．答案：6.63×10－37 m 4.42×10－43 m 3.31×10－28 m/s10．(4分)在中子的衍射技术中，常利用热中子研究中子的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量为1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为________．解析：由λ＝hp，E k＝12m v2＝12m(pm)2＝12m⎝⎛⎭⎪⎫hλ2，代入数据得E k＝4.0×10－21 J.答案：10－21 J11．(12分)爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E＝mc2，其中c为光在真空中的速度．计算频率为ν＝5×1014Hz的光子具有的动量是多少？若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长λe是多少？解析：根据光子说，光子的能量E＝hν＝mc2，故得动量p＝mc＝hνc＝6.63×10－34×5×10143×108kg·m/s＝1.1×10－27 kg·m/s设电子质量为m e，速度为v e，动量为p e，则p e＝m e v e 依题p e＝p则电子的速度大小为v＝p em e＝pm e＝1.1×10－279.1×10－31m/s＝1.2×103 m/s设电子物质波的波长为λe＝hp e＝6.63×10－341.1×10－27m＝6.0×10－7 m答案：1.1×10－27 kg·m/s 1.2×103 m/s 6.0×10－7 m12．(14分)光具有波粒二象性，光子的能量E＝hν，其中频率表征波的特征，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λ的关系为：p＝hλ.若某激光管以P W＝60 W的功率发射波长λ＝6.63×10－7m的光束，试根据上述理论计算：(1)激光管在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？解析：(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每一个光子的能量E＝hν，则P W＝nhνΔt，又ν＝cλ，则n＝P WΔtλhc，将Δt＝1 s代入上式，得：n＝P Wλhc＝60×6.63×10－76.63×10－34×3×108＝2.0×1020(个)．(2)在时间Δt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＝np＝nhλ据动量定理可知FΔt＝p总黑体表面对光子束的作用力为F＝p总Δt＝nhνΔtλv＝P Wc＝2.0×107 N又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力为F′＝F＝2.0×10－7 N答案：(1)2.0×1020个(2)2.0×10－7 N。

3 光的波粒二象性1. (多选) 下列说法正确的是( )A. 康普顿发现了电子B. 卢瑟福提出了原子的核式结构模型C•贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象D.伦琴发现了X射线解析:康普顿发现了康普顿效应,汤姆孙发现了电子,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，伦琴发现了X射线(伦琴射线),所以答案为B、C D.答案:BCD2. 频率为v的光子，具有的能量为h v ,将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子( )A. 虽改变原来的运动方向，但频率保持不变B. 光子将从电子处获得能量，因而频率增大C. 散射后的光子运动方向将与电子运动方向在同一直线上，但方向相反D .由于电子受到碰撞，散射后的光子频率将低于入射光的频率解析:发生散射后光子频率将降低，因为在碰撞过程中满足动量守恒定律，所以碰撞后的运动方向由动量守恒定律决定，不一定在同一直线上.答案:D3. (多选)对光的认识，以下说法正确的是( )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：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析: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;光与物质相互作用, 表现为粒子性,光的传播表现为波动性,光的波动性与粒子性都是光的本质属性,光的粒子性表现明显时仍具有波动性,因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律, 故正确选项为A、B、 D.答案:ABD4. 关于光的波粒二象性, 下列说法正确的是( )A. 光的频率越高, 衍射现象越容易看到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粒子性D .光的波粒二象性否定了光的电磁说解析: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 错误.答案:B5. (多选)关于光的性质，下列叙述正确的是( )A. 从能量的角度看，频率越高的光子能量越大，其粒子性越显著B. 从能量的角度看，频率越低的光子能量越小，其波动性越显著C. 大量光子往往呈现出波动性效果，个别光子往往呈现出粒子性效果D. 如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动解析:频率越高的光，粒子性越强，频率越低的光，波动性越强;单个光子的运动是不确定的，它的轨迹是无规则的，但大量光子就遵循统计规律了.答案:ABC6. 用甲、乙两种不同的单色光做光的干涉实验，分别让这两种光通过同一种装置，所得的干涉条纹甲的间距比乙的大，则以下说法正确的是( )A. 甲在真空的传播速度比乙的小B. 甲、乙两种光相比，甲光的波动性显著些C. 甲、乙两种光相比，甲光的粒子性显著些解析：在真空中，各种色光的传播速度都相等，为光速C ,故A 错.由甲的干涉条纹间距比乙的大可得 甲光的波长大，频率较小，因此甲光的波动性显著，乙光的粒子性显著，故B 对,C 错•由爱因斯坦光电 效应方程可知，频率小的甲光照射金属后，逸出的光电子的最大初动能较小 ，故D 错•答案:B7. 说明光具有波动性的典型实验有光的 ____________ 和 __________ ；说明光具有粒子性的典型现象有 和 __________ .答案:干涉 衍射 光电效应 康普顿效应8. 假设一个光子与一个静止的电子碰撞 ，光子并没有被吸收，只是被电子反弹回来，散射光子的频率和波长与原来的光子相比发生了什么变化 ？为什么？解析:散射光子频率变小.由于光子与电子碰撞过程中动能和动量都守恒 ，所以碰撞后光子的能量减 小，由£ =h v 知散射光子的频率减小，但光速是不变的，所以波长变长.答案:见解析9. 在实验室进行了这样一个实验 ：在一个密闭的暗箱里依次放上如图所示的器材 ，小灯泡发出的光 经过熏黑的玻璃，后边的光十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上出现了非常清晰的衍射条纹 对感光胶片进行光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是 5 X 10-13 J ，假如起作用的光波长为 500 nm ，光子依次通过狭缝，且当时实验测得暗箱的长度为 1.2 m ，普朗克常量h=6. 63X 10-34 J • s . 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 是概率波的观点 .答案：（1）1 .25X 106个 （2）2.4X 102 m （3）见解析(1) 求每秒到达感光胶片的光子数 ；(2) 求光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离 ；(3) 根据第(2)问的计算结果，能够找到支持光是概率波的证据吗 ？请简要说明理由.解析:(1)设每秒达到感光胶片的光能量为 E o ,对于入=500nm 的光子能量为e =，因此每秒到达感光 胶片的光子数为n 二,解以上两式得n=1.25x 106(个).(2) 光子是依次到达感光胶片的，相邻两光子到达感光胶片的时间间隔 △ t=-=8. 0X 10-7s,相邻两光 子间的平均距离为 x=c • △ t=2.4x 101 2 3m(3) 根据(2)的结果可知，两光子间距有240m,而小灯泡到感光胶片之间的距离只有 1.2m,所以在熏 黑的玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时运动 .这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作 D. 用甲、乙两种光照射同一种金属均发生了光电效应 的最大初动能大,则用甲光照射时，从金属表面逸出的光电子 . 这个实验支持了光用产生的波动行为的可能性，因此,衍射图样的出现是许多光子各自独立行为累积的结果，在衍射条。

第四章《波粒二象性》综合评估时间：90分钟满分：100分一、选择题(1～6为单选，7～10为多选，每小题4分，共40分)1．关于热辐射，下列说法中正确的是(C)A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的C．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值D．温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动解析：一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状态有关，A错误；黑体可以辐射可见光，不一定是黑的，B错误；由黑体辐射的实验规律知，C正确，D错误．2．2003年全世界物理学评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行的电子干涉实验．如图所示，从辐射源射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明(C)A．光具有波动性B．光具有波粒二象性C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子的波是一种电磁波解析：干涉现象是波的特征，电子微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性，但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．3．下列关于微观粒子波粒二象性的认识，正确的是(B)A ．因实物粒子具有波动性，故其轨迹是波浪线B ．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹C ．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定D ．大量光子表现出波动性，此时粒子性消失解析：实物粒子的波动性指实物粒子是概率波，与经典的波不同，A 错误；微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，B 正确；单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，C 错误；波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，D 错误．4．分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为12，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( B ) A.12hc λ B.23 hc λ C.34 hc λ D.45 hc λ 解析：根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0和ν＝c λ得E k ＝h c λ－W 0，E k ′＝h c 34λ－W 0.且E k E k ′＝12，解得W 0＝23hc λ. 5．某光波射到一逸出功为W 0的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B 的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r ，则该光的频率为(设电子的质量为m 、带电量为e 、普朗克常量为h )( C )A.W 0hB.e 2B 2r 22mhC.W 0h ＋e 2B 2r 22mhD.W 0h －e 2B 2r 22mh解析：由光电效应方程，12m v2＝hν－W0，由向心力公式e v B＝m v2r，两式联立可得ν＝W0h＋e2B2r22mh，故C选项正确．6．光子不仅有能量，还有动量，光照射到某个面上就会产生压力．有人设想在火星探测器上安装面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生压力推动探测器前进．第一次安装的是反射率极高的薄膜，第二次安装的是吸收率极高的薄膜，那么(A) A．安装反射率极高的薄膜，探测器的加速度大B．安装吸收率极高的薄膜，探测器的加速度大C．两种情况下，由于探测器的质量一样，探测器的加速度大小应相同D．两种情况下，探测器的加速度大小无法比较解析：若薄膜反射率极高，那么光子与其作用后，动量改变较大．即薄膜对光子的作用力较大，根据牛顿第三定律，光子对薄膜的作用力也较大，因此探测器可获得较大加速度，故A正确．7．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功解释了光电效应现象，关于光电效应，下列说法正确的是(AD)A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射某一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应8．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(BD)A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D．人们常利用中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同解析：肥皂泡呈现彩色花纹是光的干涉现象，利用热中子研究晶体的结构是利用了中子的衍射现象，干涉和衍射是波动性的表现，故B、D正确．9．关于波粒二象性，下列说法中不正确的是(ABD)A．红外线只表现出波动性而不具有粒子性，光子只有粒子性而不具有波动性B．波粒二象性指光有时表现波动性，有时表现粒子性C．电磁波频率越高，粒子性越明显D．能量越大的光子其波动性越显著10．如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则(ABD)A．入射的单色光的频率必大于阴极材料的极限频率B．增大单色光的强度，电流表示数将增大C．滑片P向左移，可增大电流表示数D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零解析：光电管内靠真空中由阴极K放出的光电子导电，必然发生了光电效应．注意此时正向电压为0，所以光电子最大初动能必大于零，电流表才有电流通过，则选项A正确．选项B显然正确．当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C不正确，而选项D正确．二、填空题(每小题9分，共18分)11．用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时，有光电子飞出．现给你一个电压可调且可指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的电流计，试在如图所示的方框中设计一个电路(光电管已画出)，要求用该电路测量用所给紫外线照射光电管的阴极时产生的光电子的最大初动能，按照你设计的电路，需要记录的数据是U.你所测量的光电子的最大初动能是eU(用记录的字母表示)．(已知电子电荷量为e)解析：测量电路如图所示，调节电源电压，使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的值U；则由动能定理知光电子的最大初动能为eU.12．如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照锌板，关灯后，指针保持一定偏角．(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将减小．(填“增大”“减小”或“不变”)(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针无(填“有”或“无”)偏转．解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板所带正电荷减少，则静电计指针将变小．(2)当改用黄光照射不发生偏转，则黄光频率低于截止频率，而红外线的频率低于黄光频率，即也低于锌板发生光电效应的截止频率，静电计指针不偏转．三、计算题(共42分)13．(10分)小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6m，求在距离d＝1.0×104m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为 1 cm2的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)答案：3.98×105个解析：每秒钟小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J1个光子的能量：ε＝hν＝hcλ＝6.63×10－34×3×10810－6J＝1.989×10－19 J小灯泡每秒钟辐射的光子数：n＝Eε＝11.989×10－19＝5×1018(个)距离小灯泡d的球面面积为：S＝4πd2＝4π×(1.0×104)2 m2＝1.256×109 m2＝1.256×1013 cm2每秒钟射到1 cm2的球面上的光子数为：N＝nS＝5×10181.256×1013＝3.98×105(个)．14．(10分)经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm处．根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－1 m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)答案：36 ℃ 2.12×10－22 J解析：人体辐射的能量子的值为ε＝h cλm＝6.63×10－34×3×108940×10－6J＝2.12×10－22 J，人体表面的温度为T＝2.90×10－1λm＝2.90×10－1940×10－6K≈309 K≈36 ℃.15．(10分)照相底片上的感光物质中的AgBr分子在光照射下能分解，经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”，与光电效应类似，只有入射光光子的能量大于某一数值，才能发生)．已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10－19J，试探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波长值)．答案：1.988×10－6 m解析：由题意知，入射光光子能量大于某一数值时AgBr才能分解．这一数值为E0＝1.0×10－19 J，由E0＝hν及c＝λν，得λ＝hcE0＝6.626×10－34×3×1081.0×10－19m≈1.988×10－6 m.16．(12分)下图表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：λm T＝2.90×10－3 m·K.求：(1)T＝15 000 K所对应的波长；(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54 eV的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？答案：(1)1.93×10－7 m(2)能 1.90 eV解析：(1)由公式λm T＝2.90×10－3 m·K得λm＝2.90×10－3T＝2.90×10－315 000m≈1.93×10－7 m.(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量ε＝hν＝hcλm＝6.626×10－34×3×1081.93×10－7×1.6×10－19eV≈6.44 eV.因ε>W0，故能发生光电效应．由光电效应方程E k＝hν－W0，得E k＝(6.44－4.54)eV＝1.90 eV.。

3.光的波粒二象性[学习目标] 1.知道什么是康普顿效应及康普顿散射实验原理．(重点)2.理解光的波粒二象性，了解光是一种概率波．一、康普顿效应1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射．蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．2．康普顿效应康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而增大的谱线．X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应．3．康普顿的理论当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．4．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，为光子说提供了又一例证．二、光的波粒二象性光是一种概率波1．光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．光的波动性是指光的运动形态具有各种波动的共同特征，如干涉、衍射和色散等都有波动的表现．光的粒子性是指光与其他物质相互作用时所交换的能量和动量具有不连续性，如光电效应、康普顿效应等．(2)光子的能量和动量①能量：ε＝hν.②动量：p＝h λ.(3)意义能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．2．光是一种概率波光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小，所以光是一种概率波．1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)(2)康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)(3)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．(×)(4)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(√)(5)光子数量越大，其粒子性越明显．(×)(6)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√)2．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是()A．康普顿效应说明光子具动量B．康普顿效应现象说明光具有波动性C．康普顿效应现象说明光具有粒子性D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加AC[康普顿效应说明光具有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，D项错误．]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粒子性D．光的波粒二象性否定了光的电磁说B[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错误．]1．X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．2．康普顿效应与经典物理理论的矛盾按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．3．光子说对康普顿效应的解释假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长的改变与散射角有关．4．康普顿的散射理论进一步证实了爱因斯坦的光量子理论，也有力证明了光具有波粒二象性．【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿__________方向运动，并且波长__________(选填“不变”“变短”或“变长”)．[解析]因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．[答案]1变长(1)动量守恒定律不但适用于宏观物体，也适用于微观粒子间的作用；(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．1．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为hνc，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是()A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小B．光子改变原来的传播方向，但传播速度不变C．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大D．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长B[碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误，B正确；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν＞ν′，再由c＝λ1ν＝λ2ν′，得到λ1<λ2，C、D错误．]1在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不同亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的．光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小．这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此说光是一种概率波．【例2】有关光的本性，下列说法正确的是()A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性D[光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子．波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．只有选项D正确．]光子是能量为hν的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率ν有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒．但是它在不同条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强．2．(多选)对光的认识，下列说法中正确的是()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：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显ABD[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；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.]光的波粒二象性．1．(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是()A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著AD[光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，选项D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，选项A正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，选项B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，选项C错误．]2．(多选)能说明光具有波粒二象性的实验是()A．光的干涉和衍射B．光的干涉和光电效应C．光的衍射和康普顿效应D．光电效应和康普顿效应BC[光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确．]3．(多选)关于光的波粒二象性，下列正确的说法是()A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性ABD[光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故选项A、B、D正确．]。

2018-2019学年高中物理课时自测当堂达标第四章波粒二象性4.3 光的波粒二象性教科版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018-2019学年高中物理课时自测当堂达标第四章波粒二象性4.3 光的波粒二象性教科版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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4.3 光的波粒二象性课时自测·当堂达标1。

下列说法正确的是（)A.概率波就是机械波B。

光波是一种概率波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,则能确定这个光子落在哪个点上【解析】选B。

概率波与机械波是两个概念,本质不同;光波是一种概率波，符合概率波的特点;光的双缝干涉实验中,若有一个光子,这个光子的落点是不确定的，但有概率较大的位置。

2.在康普顿效应实验中，X射线光子的动量为。

一个静止的C原子吸收了一个X射线光子后将（）A。

仍然静止B。

沿着光子原来运动的方向运动C。

沿光子运动的相反方向运动D。

可能向任何方向运动【解析】选B。

由动量守恒定律知，吸收了X射线光子的原子与光子原来运动方向相同。

故正确选项为B。

3. （2012·沈阳高二检测)2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验",排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨"双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。

从辐射源辐射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（）A。

光电效应与光的量子说[A 组 素养达标]1．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A ．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B ．逸出的光电子的最大初动能将减小C ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D ．有可能不发生光电效应解析：发生光电效应几乎是瞬时的，与入射光的强度无关，选项A 错误．频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B 错误．入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C 正确．入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的截止频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误．答案：C2．(多选)关于光电效应现象，下列说法中正确的是( )A ．当入射光的频率高于金属的截止频率时，光强越大，光电流越大B ．光电子的最大初动能跟入射光的强度有关C ．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD ．发生光电效应时，当入射光频率一定时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度有关解析：由h ν＝12mv 2＋W 知，最大初动能由入射光频率与金属材料决定，与入射光的强度无关，B 错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s ，C 错．答案：AD3．(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )A ．无论光照多么强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B ．无论光的频率多么低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C ．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D ．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析：根据光电效应规律知，选项A 对，B 错；根据光电效应方程h ν＝W ＋12mv 2知，对于某种金属(W 不变)，ν越大，光电子的最大初动能越大，选项C 错，D 对．答案：AD4.(多选)如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A 单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么( )A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a解析：根据产生光电效应的条件可知，A光的频率高于极限频率ν0，B光的频率小于极限频率ν0，故A光的频率大于B光的频率，A项正确；光电管工作时光电子从阴极(右侧)飞向阳极(左侧)，由此可知，电路中的电流为a→b，即C项正确．答案：AC5．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大解析：增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．答案：AD6．(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则( )A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：当入射光的频率大于金属的极限频率时，就会发生光电效应，A正确；由于金属材料一定，极限频率一定，逸出功W＝hν0一定，ν0为极限频率，ν增大，逸出功不变，C错误；由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W，得ν＝2ν0时，E k＝hν－W＝2hν0－hν0＝hν0，B正确；光电子的最大初动能等于入射光子的能量hν减去逸出功，所以光电子的最大初动能与照射光的频率ν不成正比关系，D错误．答案：AB7.如图，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则( )A．电源右端应为正极B ．流过电流表G 的电流大小取决于入射光的频率C ．流过电流表G 的电流方向是由a 流向bD ．普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε＝h ν解析：发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G 的电流方向是由a 流向b ；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；当照射光频率一定时，流过电流表G 的电流大小取决于入射光的强度；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε＝h ν.答案：C8．用频率为1.00×1015 Hz 的紫外线照射钠的表面，释放出来的光电子的最大初动能为1.86 eV ，求钠发生光电效应的极限频率(普朗克常量为6.63×10－34 J·s)．解析：根据光电效应方程 h ν＝12mv 2＋W 可得钠的逸出功 W ＝h ν－12mv 2＝6.63×10－34×1.00×1015 J －1.86×1.6×10－19 J ＝3.654×10－19J ， 由W ＝h ν0可得钠的极限频率ν0＝W h ＝3.654×10－196.63×10－34 Hz≈5.51×1014 Hz. [答案] 5.51×1014 Hz[B 组 素养提升]9.(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U 0与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k 和－b ，电子电荷量的绝对值为e ，则( )A ．普朗克常量可表示为k eB ．若更换材料再次实验，得到的图线的k 不改变，b 改变C ．所用材料的逸出功可表示为ebD ．b 由入射光决定，与所用材料无关解析：根据光电效应方程得E k ＝h ν－W ，又E k ＝eU 0，则U 0＝h νe －W e ，图线的斜率k ＝h e，解得普朗克常量h ＝ke ，故A 错误；纵轴截距的绝对值b ＝W e，解得逸出功W ＝eb ，故C 正确；b 等于逸出功与电子电荷量绝对值的比值，而逸出功与材料有关，则b 与材料有关，故D 错误；更换材料再次实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故B 正确． 答案：BC10.(多选)如图所示，两平行金属板A 、B 间电压恒为U ，一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是( )A．入射光子的能量为h cλB．到达A板的光电子的最大动能为h cλ－W＋eU C．若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出解析：根据ε＝hν及ν＝cλ，知入射光子的能量为hcλ，故A正确；逸出光电子的最大初动能E k＝h cλ－W，根据动能定理得，eU＝E km－E k，则到达A板的光电子的最大动能为E km＝hcλ－W＋eU，故B正确；若增大两板间电压，不会影响光电效应现象，仍有光电子逸出，故C错误；若减小入射光的波长，则其频率增大，一定会有光电子逸出，故D正确．答案：ABD11．小明用阴极为金属铷的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0＝________ Hz，逸出功W＝________ J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________ J.解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图乙可知，铷的截止频率ν0为5.15×1014 Hz，逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由光电效应方程得Ek＝hν－hν0，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－19[C组学霸冲刺]12．如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝500 nm的钠制成．用波长λ＝300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA.(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3.0×108m/s，电子电荷量的绝对值e＝1.6×10－19 C ，结果均保留两位有效数字)(1)求每秒由K 极发射的光电子数目．(2)求电子到达A 极时的最大动能．(3)如果电势差U 不变，而照射光的强度增大到原值的三倍，此时电子到达A 极的最大动能是多大？解析：(1)设每秒内发射的光电子数为n ，则：n ＝It e ＝0.56×10－6×11.6×10－19＝3.5×1012(个)． (2)由光电效应方程可知：E k ＝h ν－W ＝h c λ－h c λ0＝hc (1λ－1λ0) 在A 、K 间加电压U 时，电子到达阳极时的动能为E km ＝E k ＋eU ＝hc (1λ－1λ0)＋eU 代入数值得：E km ≈6.0×10－19 J.(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关．如果电势差U 不变，则电子到达A 极的最大动能不变，仍为6.0×10－19 J. 答案：(1)3.5×1012个 (2)6.0×10－19 J (3)6.0×10－19 J。

一、选择题1．(0分)[ID ：130641]图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a 、b 、c 光照射光电管得到的I U -图线，1c U 、2c U 表示遏止电压，下列说法正确的是（ ）A ．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加B ．a 光的频率小于b 光的频率C ．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关D ．c 光照射光电管发出光电子的初动能一定小于b 光照射光电管发出光电子的初动能 2．(0分)[ID ：130635]如图所示，圆心为O 的半圆形某透明玻璃砖置于水平桌面上，一束复色光从P 点入射玻璃砖（法线如图虚线所示），在玻璃砖中分为两束单色光a 、b ，其中a 光与法线夹角为α，且在A 处恰好发生全反射，b 光入射到B 点。

则下列说法正确的是（ ）A ．a 光的光子能量小于b 光的光子能量B ．玻璃砖对b 光的折射率大于1cos αC ．a 光从P 到A 的传播时间小于b 光从P 到B 的传播时间D ．a 光从P 到A 的传播时间等于b 光从P 到B 的传播时间3．(0分)[ID ：130623]如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a 是氢原子从n =4的能级跃迁，到n =2的能级时的辐射光，则谱线b 是氢原子A．从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光B．从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光C．从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光D．从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光4．(0分)[ID：130615]下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是（）A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的B．光电效应实验说明了光具有粒子性C．电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间5．(0分)[ID：130609]如图是氢原子能级示意图的一部分则（）A．电子在各能级出现的概率是一样的B．一个氢原子从n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃迁时放出的光子6．(0分)[ID：130608]下列说法正确的是（）A．布朗运动证明了花粉分子的无规则热运动B．光电效应彻底否定了光的波动说，证明了光具有粒子性C．α粒子的散射实验说明了原子核很小且质量很大D．温度升高物体内分子的动能一定增大7．(0分)[ID：130598]关于光电效应，以下说法正确的是（）A．光电效应证明了光的波动性B．金属的极限频率与照射光的强弱及频率无关C．同种金属分别用不同频率的光照射，遏止电压相同D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比8．(0分)[ID：130597]有关卢瑟福α粒子散射实验的说法，以下正确的是（）A．α粒子散射实验说明原子核具有复杂结构B．在α粒子散射实验中观察到大多数粒子发生了较大幅度的偏转C．通过α粒子散射实验，可以得出正电荷均匀分布在整个原子中D．通过α粒子散射实验，可以估算出原子核的大小9．(0分)[ID：130582]如图所示，是波尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法正确的是（）A．所辐射的光子的频率最多有6种B．由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最小C．从高能级向低能级跃迁时电子的动能减小、原子的势能增加、原子的总能量减小D．金属钾的逸出功为2.21eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有2条10．(0分)[ID：130572]如图a为氢原子的能级图，大量处于n=2激发态的氢原子吸收一定频率的光子后跃迁到较高的能级，之后再向低能级跃迁时辐射出10种不同频率的光子。

一、选择题1．(0分)[ID：130647]氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（）A．a光的光子能量大于b光的光子能量B．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．处于能级n=4的电子的动能大于能级n=2的动能D．在真空中传播时，b光的波长较短2．(0分)[ID：130637]下列说法正确的是（）A．光的波动性是光子之间相互作用的结果B．玻尔第一次将“量子”入原子领域，提出了定态和跃迁的概念C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大3．(0分)[ID：130622]用不同频率的光照射某种金属时，逸出光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线如图所示，图线的反向延长线与纵轴交点纵坐标为-a（a＞0），与横轴交点横坐标为b，电子的电荷量大小为e，则由图获取的信息，错误的是（）A．该金属的截止频率为bB．该金属的逸出功为aC．普朗克常量为b aD．入射光的频率为2b时，遏止电压为a e4．(0分)[ID：130610]物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中不正确的是 ( )A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应D．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式5．(0分)[ID：130598]关于光电效应，以下说法正确的是（）A．光电效应证明了光的波动性B．金属的极限频率与照射光的强弱及频率无关C．同种金属分别用不同频率的光照射，遏止电压相同D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比6．(0分)[ID：130587]氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b，则（）A．真空中，光a的波长大于光b的波长B．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时可能会辐射出紫外线C．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线D．用可见光a照射处于n=2能级的氢原子，其一定跃迁到n=4能级7．(0分)[ID：130586]1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖，下列关于光电效应的说法正确的是（）A．只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应B．电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸出功，其与入射光的频率和强度无关C．用不同频率的光照射同种金属，发生光电效应时逸出的光电子的初动能都相同D．发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，单位时间内射出的光电子数将减少8．(0分)[ID：130584]如图所示为氢原子的能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子，在向较低能级跃迁的过程中能向外发出几种频率的光子，用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠有几种能使其产生光电效应（）A．6、3 B．6、4 C．4、3 D．4、49．(0分)[ID：130581]如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时（）A ．一共能辐射6种频率的光子B ．能辐射出3种能量大于10.2eV 的光子C ．能辐射出3种能量大于12.09eV 的光子D ．能辐射出能量小于0.31eV 的光子10．(0分)[ID ：130571]如图，当电键S 断开时，用光子能量为3.1eV 的一束光照射阴极K ，发现电流表读数不为零。

亲爱的同学：这份试卷将再次记录你的自信、沉着、智慧和收获，我们一直投给你信任的目光……学习资料专题课时提升作业十五光的波粒二象性(30分钟50分)一、选择题(本大题共6小题,每小题5分,共30分)1.人类在对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验,下面四个示意图所表示的实验不能说明具有波动性的是( )【解析】选C。

A为单缝衍射,B为双缝干涉,D为薄膜干涉,均说明光具有波动性,而C为光电效应现象实验,说明光具有粒子性。

2.(多选)关于对光的本性的认识,下列说法中正确的是( )A.牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性B.牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别C.麦克斯韦从理论上指出电磁波传播速度跟光速相同,他提出光是一种电磁波D.麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性【解析】选C、D。

牛顿的微粒说和惠更斯的波动说都试图用一种观点解释所有的现象,而牛顿的微粒说认为光是由弹性微粒组成的,与爱因斯坦的光子说有本质的区别,A、B均错误;麦克斯韦的电磁说说明光是一种电磁波,而爱因斯坦的光子说又说明光具有粒子性,故C、D均正确。

3.(多选)下列叙述的情况正确的是( )A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B.光是与橡皮绳形成的绳波相似的波C.光是一种粒子,它和其他物质作用是“一份一份”进行的D.光子在空间各点出现的可能性大小(概率),可以用波动的规律来描述【解析】选C、D。

光的粒子性体现在其能量是一份一份的,可知它和其他物质作用时也是一份一份进行的.但其一份并不等同于宏观物质的实物球体,其波动性与机械波具有本质的区别。

【总结提升】光的波粒二象性问题的解题方法(1)宏观世界中,波和粒子是对立的概念,而在微观世界中,波和粒子可以统一。

只是由于我们经验局限于宏观物体的运动,微观世界的某些属性与宏观世界不同,但我们没有直观的经验去体会。

(2)光既不是宏观观念的波,也不是宏观观念的粒子,光的波粒二象性是指光在传播过程中同物质作用时,表现出波或粒子的特性。