2019_2020学年高中物理课时分层作业6康普顿效应及其解释(含解析)粤教版

第三节康普顿效应及其解释第四节光的波粒二象性[A级抓基础]1．下列各种波属于概率波的是( )A．声波B．无线电波C．光波D．水波解析：声波、水波是机械波，故A、D错误；电磁波是一种能量波，故B错；光具有波粒二象性，是一种概率波，故C正确．答案：C2．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )A．光电效应B．光的反射C．光的衍射D．康普顿效应解析：光电效应说明光的能量是一份一份的，即说明光具有粒子性，故A正确；光的反射不能说明光的本性是波，也不能说明光的本性是粒子，故B错误；衍射是波特有的现象，光的衍射说明光具有波动性，故C错误；康普顿效应说明光子具有动量，证明了光具有粒子性，故D正确．答案：AD3．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路线是直线D．光的波动性是大量光子运动的规律解析：个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，如果时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A、D选项正确．单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，B、C选项错．答案：AD4．(多选)下面有关光的本性理解正确的是( )A．在光的双缝干涉实验中，曝光时间越长，波动性越明显B．在光的双缝干涉实验中，光子出现概率较大的区域呈现亮条纹，光子出现概率较低的区域呈现暗条纹C．爱因斯坦的光子说推翻了麦克斯韦的电磁说D．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性解析：光既具有波动性又具有粒子性，在光的双缝干涉实验中，曝光时间越长，波动性越明显，故A正确；在光的双缝干涉实验中，光子出现概率较大的区域呈现亮条纹，光子出现概率较低的区域呈现暗条纹，故B正确；爱因斯坦的“光子说”认为光是一种量子化的物质，是对电磁说的补充与完善，并没有推翻了麦克斯韦的电磁说，故C错误；光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误．答案：AB5．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叙述不符合科学规律或历史事实的是( ) 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”认为光是一群弹性粒子，与爱因斯坦的“光子说”本质不同，光的干涉实验显示了光的波动性，故A错，B、C、D对．答案：AB级提能力6．(多选)关于康普顿效应下列说法中正确的是( )A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中C．康普顿效应证明了光的粒子性D．光子有动量解析：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ＝hp，知波长增大，故A正确；普顿效应不仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；康普顿效应揭示了光具有粒子性，故C正确；康普顿效应进一步表明光子具有动量，故D正确．答案：ACD7．(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( )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．答案：CD8．(多选)下列说法正确的是( )A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长D．速度相等的电子和质子，电子的波长较长解析：根据光电效应方程E km＝hν－W0知，入射光的频率不变，则逸出的光电子最大初动能不变，故A正确；电子的衍射证实了物质波的假设是正确的，故B错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长，故C正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小，根据动量公式p＝hλ可知，电子的波长较长，故D正确．答案：ACD9．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( )A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹解析：由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，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．故选B.答案：B。

康普顿效应及其解释【学习目标】1．了解什么是康普顿效应。

2．了解康普顿效应的解释。

3．了解光子具有动量，并了解光子动量的表达式。

【学习重难点】了解康普顿效应的解释。

【学习过程】知识要点一、康普顿效应光在介质中与微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。

美国物理学家_________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_________效应。

康普顿的学生，中国留学生吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普遍性。

二、康普顿效应的解释按照经典光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变。

可见，光的电磁理论在解释康普顿效应时，再次遇到了困难（在光电效应中也遇到了困难）。

康普顿用_______提出的光子概念十分成功地解释了这种效应。

他的基本思想是，X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子一样具有动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的λ，理论结果与实验符合得很好。

康普顿因此获得了1927年的诺贝尔物理学奖。

________效应和________效应深入地揭示了光的粒子性的一面。

前者表明了光子具有能量，后者表明了光子除了能量之外还具有______。

三、光子的动量在狭义相对论中，一定的质量m与一定的能量E相对应：E=mc2。

一个光子的能量是hν，所以光子的质量是：m＝________ 根据动量的定义p=mv，可得光子的动量是：p＝___________ 。

所以光子的动量为：p＝__________在康普顿效应中，入射的光子与晶体中的电子发生碰撞，把一部分动量转移给了电子，因而光子动量______，从p=h/λ得知，动量p减小意味着波长λ______，因此有些光子散射后波长变大。

按照能量表达式ε=hν和动量表达式p=h/λ对康普顿效应做定量分析，其结论与实验事实符合得很好。

1．(双选)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解析：选BC.光的干涉和光的衍射说明光具有波动性，能说明光具有波粒二象性的是B 、C.2．(双选)下列说法正确的是( )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 ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性解析：选CD.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，光的有些行为(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，A 错误；虽然光子和电子都是微观粒子，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，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确．3．(单选)频率为ν的光子，具有的动量为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，因而频率将增大C ．散射后光子的能量减小，因而光子的速度减小D ．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率解析：选D.由动量公式p ＝h λ，在康普顿效应中，当入射光子与电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，波长变长，频率变小．而光的传播速度大小不变．4．(双选)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( )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：选CD.根据光是概率波的概念，可知一个光子通过单缝落在何处是不可确定的，但光子落在中央亮纹处的概率最大，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，只不过落在暗纹处的概率很小而已，故只有C 、D 正确．5．A 、B 两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E A 、E B .求A 、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功．解析：光子能量ε＝hν，动量p ＝h λ，且ν＝c λ得p ＝εc，则p A ∶p B ＝2∶1 A 照射时，光电子的最大初动能E A ＝εA －W 0.同理，E B ＝εB －W 0解得W 0＝E A －2E B .答案：2∶1 E A －2E B1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是()A．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B、C 正确．2．(单选)对于核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，下列说法正确的是() A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV.4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是()A．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B、C 正确．2．(单选)对于核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，下列说法正确的是() A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV.4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg. 由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J。

第3节康普顿效应及其解释第4节光的波粒二象性基础达标1．(2019年大庆一模)关于光电效应及波粒二象性，下列说法正确的是( )A．光电效应揭示了光的粒子性B．光的波长越大，能量越大C．紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板带负电D．光电效应中，光电子的最大初动能与金属的逸出功无关【答案】A【解析】爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应，光电效应说明光具有粒子性，故A 正确；光的波长越大，则频率越低，那么能量越小，故B错误；紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板因失去电子而带正电，故C错误；光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功都有关，故D错误．2．下列哪组现象能说明光具有波粒二象性( )A．光的色散、光的干涉B．光的干涉、光的衍射C．光的反射、光电效应D．泊松亮斑、康普顿效应【答案】D【解析】泊松亮斑是光的波动性，康普顿效应则说明光具有动量，具有粒子性．3．(2019年广东一模)下列说法中正确的是( )A．在光电效应实验中，入射光频率大于极限频率才能产生光电子B．汤姆生发现电子后，猜想原子内的正电荷集中在很小的核内C．平均结合能越大，原子核越不稳定D．大量光子的效果往往表现出粒子性，个别光子的行为往往表现出波动性【答案】A【解析】发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，入射光频率大于极限频率才能产生光电子，故A正确．汤姆生发现了电子，后来卢瑟福根据α粒子的散射实验猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内，故B错误．平均结合能越大，原子核越稳定，故C错误．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，故D错误．4．如图是一个粒子源．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( )A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹【答案】B【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，所以B正确．5．(多选)(2019年昌吉期末)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法不正确的是( )A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样D．光的波动性是一个光子运动的规律【答案】BCD【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少．因此会出现衍射图样，故A正确；单个光子通过单缝后，表现为粒子性，只有一个点，故B错误；光子通过单缝后，体现的是粒子性，故C错误；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．所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D错误．6．(多选)从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B．光的频率越高，光的能量越大C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方【答案】BD【解析】光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能量越大，A错误、B正确．在干涉条纹中，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误、D 正确．7．(多选)下列有关光的说法正确的是( )A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现粒子性C．光有时是波，有时是粒子D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量【答案】BD8．(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( )A．一定落在中央亮纹处B．可能落在其他亮纹处C．不可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大【答案】BD能力提升9．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的有________．A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．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E．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【答案】ADE【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少．因此会出现衍射图样，故A正确；单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上会出现完整的衍射图样，故B不正确；光子通过单缝后，体现的是粒子性．故C不正确；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．所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D、E正确．10．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”)．【答案】1 变长【解析】根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．。

一、单项选择题1．在康普顿效应实验中，X 射线光子的动量为hνc.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.2．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是( )A ．光的折射现象、偏振现象B ．光的反射现象、干涉现象C ．光的衍射现象、色散现象D ．光电效应现象、康普顿效应解析：选D.光的干涉、衍射、偏振都是光波动性的表现，光电效应现象和康普顿效应都是光粒子性的表现，D 正确．3．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，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，底片上只能出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是( )A ．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的波动性B ．单个光子通过双缝后的落点可以预测C ．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D ．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方解析：选D.曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的粒子性，选项A 错误．单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B 错误．大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，故选项C 错误，D 正确．4．下列说法正确的是( )A ．光的干涉和衍射说明光具有粒子性B ．光的频率越大，波长越大C ．光的波长越大，光子的能量越大D ．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s解析：选D.干涉和衍射是波特有的现象，故A 错；波长的大小是由频率、波速决定的，B 错；光子的能量由频率决定，所以C 错；光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s ，因此D 正确．5．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给电子，假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′解析：选C.能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子的碰撞过程也满足能量守恒，动量守恒，光子与电子相碰撞，把能量转移给电子导致能量减小，从而引起波长增大．6．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( )A ．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹解析：选B.由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，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．故正确答案为B.二、双项选择题7．下列有关光的本性的说法，正确的是()A．经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道B．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，那么光只通过一个缝时就显出粒子性C．光学中某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，说明光有时是波，有时是粒子D．经典物理的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型解析：选AD.经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道，所以A正确；但经典的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型，选项D正确；光具有波粒二象性，某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，一般说大量光子容易表现出波动性，个别光子容易表现出粒子性，但不能说光有时是波，有时是粒子，选项B、C错误．故正确答案为A、D.8．关于光的波动性和粒子性，以下说法正确的是()A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一解析：选BC.光的电磁说是光的本质，而光子说是光在某些情况中的表现，不矛盾；光波是概率波，与机械波不同．故应选B、C.9．下列叙述的情况正确的有()A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B．光是波，与橡皮绳子上的波类似C．光是一种粒子，它和物质作用是“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CD.光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，D正确．根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项C正确．☆10.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子，比较不同曝光时间摄得的照片，发现曝光时间不长的情况下，照片上是一些散乱的无规则分布的亮点，若曝光时间较长，照片上亮点分布区域呈现不均匀迹象，若曝光时间很长，照片上获得清晰的双缝干涉条纹，这个实验说明了()A．光具有粒子性B．光具有波动性C．光既具有粒子性，又具有波动性D．光的波动性不是光子之间的相互作用引起的解析：选CD.少量光子通过双缝后照片上呈现不规则分布亮点显示了光的粒子性，大量光子通过双缝后照片上获得了双缝干涉条纹，说明光具有波动性；光子先后依次通过双缝，说明光的波动性不是光子之间的相互作用引起的．故C、D正确．三、非选择题11．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：根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．答案：1 变长12．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1.0×10－19 J ，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)．解析：E ＝hν而c ＝νλ故λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×1081.0×10－19 m ＝2.0×10－6 m. 答案：2.0×10－6 m1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是( )A ．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B ．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C ．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D ．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U 和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B 、C 正确．2．(单选)对于核反应方程 21H ＋31H →42He ＋X ，用c 表示光速，下列说法正确的是( )A ．X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c 2B ．X 是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c 2C ．X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c 2D ．X 是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c 2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X 为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c 2的乘积，故D 正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H ＋31H →42He ＋10n ＋17.6 MeV ，若有2 g 氘和3 g 氚全部发生聚变，N A 为阿伏加德罗常数，则释放的能量是( )A ．N A ×17.6 MeVB ．5N A ×17.6 MeVC ．2N A ×17.6 MeVD ．3N A ×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV 能量和1个中子，则1 mol 的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol 氦核时释放的能量为ΔE ＝N A ×17.6 MeV .4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是( ) A ．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B ．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D ．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m ，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J1．(双选)关于裂变反应，下列说法中正确的是()A．用中子轰击铀核发生裂变，其一定分裂为质量差不多的两部分B．铀核裂变为中等质量的原子核一定释放能量C．铀核发生裂变时可能分裂成二、三或四部分D．所有重核元素用中子轰击均能发生裂变反应解析：选BC.用中子轰击235 92U和239 94Pu(钚)等少数几种重核元素才能发生裂变反应，发生裂变的原子核可能分裂为二部分、三部分或四部分，但产生两部分的概率很大，由此知B、C 正确．2．(单选)对于核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，下列说法正确的是() A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：选D.由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D正确．3．(单选)氘与氚发生聚变反应的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，若有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，N A为阿伏加德罗常数，则释放的能量是()A．N A×17.6 MeV B．5N A×17.6 MeVC．2N A×17.6 MeV D．3N A×17.6 MeV解析：选A.由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV能量和1个中子，则1 mol的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol氦核时释放的能量为ΔE＝N A×17.6 MeV.4．(单选)下列关于聚变的说法中，不．正确的是()A．要使聚变产生，必须克服库仑引力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析：选A.轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15 m，所以必须克服库仑斥力做功，A错误；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B、C正确；在太阳内部或其他恒星内部都存在着热核反应，D正确．5．用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U＝390.313 9×10－27 kg，m n＝1.674 9×10－27 kg；m Ba＝234.001 6×10－27 kg，m Kr＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．解析：根据反应前后核的质量数守恒、核电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦的质能方程就可求出释放的核能．此铀核裂变方程为1n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n则核反应前后的质量亏损为Δm＝m U＋m n－m Ba－m Kr－3m n＝0.357 8×10－27 kg.由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.答案：10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n 3.215 7×10－11 J。

课堂互动三点剖析对康普顿效应的理解（1）经典解释（电磁波的解释）单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波。

经典理论解释频率不变的一般散射可以,但对康普顿效应不能作出合理解释！ (2）光子理论解释X 射线为一些E=hν的光子,与自由电子发生完全弹性碰撞,电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小,波长变长.这个过程设动量守恒与能量守恒仍成立，则由电子：p=m 0v ；E=221v m (设电子开始静止，势能忽略）；光子：p=h/λ;E=hν=h·λc ，由以上几式得：λ—λ0=2sin 220θ-c m h 。

其中(h/m 0c)=2.34×10—12 m 称为康普顿波长。

如图2—3-2图2-3—2各个击破【例题】 在康普顿散射中，入射光子波长为0。

03A ，反冲电子的速度为0.6c,求散射光子的波长及散射角.解析:反冲电子的能量增量为ΔE=mc 2-m 0c 2=2206.01-c m -m 0c 2=0。

25 m 0c 2由能量守恒定律，电子增加的能量等于光子损失的能量，故有λλhchc-=0。

25m 0c 2散射光子波长λ==-00025.0λλc m h h 1083134103410030.0103101.925.01063.610030.01063.6-----⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯ =4.3×10—12m=0.043A由康普顿散射公式，Δλ=λ-λ0=2sin 220ϕc m h =2×0。

024 3sin 22ϕ可得sin 20243.02030.0043.02⨯-=ϕ=0.267 5， 散射角为φ=62°17′. 答案：0。

043A 62°17′类题演练证明康普顿散射实验中，波长为λ0的一个光子与质量为m 0的静止电子碰撞后，电子的反冲角θ与光子散射角φ之间的关系为tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h . 解析:将动量守恒式写成分量形式mvsinφ—)(λhsinφ=0①mvcosθ+)(λh cosφ=λh② 及康普顿效应结论：λ—λ0=2sin 220ϕc m h③由①②得 tanθ=ϕλλϕcos )(sin 0-上式分子为 sinφ=2sin )21cos()21(ϕϕ分母为ϕλλλλϕλλcos )(cos )(000--+=- 将③代入 0λλ-cosφ=2sin200)2(λϕc m h+·2sin2)2(ϕ=2sin2)1(200λϕc m h+所以tanθ=100)]2tan()1[(-+ϕλc m h 。

第三节 康普顿效应及其解释
课前预习
情景导入
1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X 射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子（图2-3-1）.康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒.按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全相符，这样就证实了他的假设.这个现象叫做康普顿效应
.
图2-3-1
问题：你能根据所学知识进行解释吗？
简答：光子与电子发生碰撞遵循动量守恒定律和能量守恒定律，碰撞后，电子获得了动能，而光子的能量减少，故光子的频率也变小.
知识预览
⎪⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==动量守恒和能量守恒光子与粒子的碰撞遵循光子动量光子能量光子说顿效应由磁理论无法解释康普解释提出由美国物理学家康普顿变长散射出去的射线的波长射线照射物体时当现象应效顿普康λh P hv E X .,:。

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】BDE2．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】CDE3．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波动性D．光的波粒二象性否定了光的电磁说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】BCE4．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】ABD5．为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，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】ADE6．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】ABD7．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】 BCD8．紫外线光子的动量为hνc .一个静止的O 3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，吸收了紫外线光子的O 3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】 CDE10．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2­4­3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2­4­3【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．光具有波粒二象性，光子的能量ε＝hν，其中频率ν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λ的关系p ＝h λ.若某激光管以P ＝60 W 的功率发射波长λ＝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Δt 内发射出的光子数为n ，光子频率为ν，每个光子的能量ε＝hν，所以P ＝nhνΔt (Δt ＝1 s)而ν＝c λ解得n ＝P Δtλhc＝60×1×663×10－96.63×10－34×3×108(个) ＝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 ＝n h λ. 根据动量定理有F ·Δt ＝p 总，解得黑体表面对光子束的作用力为F ＝p 总Δt ＝nhλ·Δt ＝nh νλν·Δt ＝P c ＝603×108 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F ′＝F ＝2.0×10－7 N.【答案】 (1)2.0×1020 (2)2.0×10－7 N13．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λ，太阳帆面积为S ，反射率100%，设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 λ)； (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N ＝nS由动量定理有F Δt ＝N Δt ·2p所以F ＝N ·2p而光子动量p ＝h λ，所以F ＝2nSh λ由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为a ＝F m ＝2nSh mλ. (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 λ，飞船的加速度a ′＝nSh mλ.【答案】 (1)a ＝2nSh mλ (2)a ′＝nSh mλ。

第三节 康普顿效应及其解释第四节 光的波粒二象性1.了解康普顿效应及其意义．2.知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性．3．知道光波是概率波．一、康普顿效应1．康普顿效应用X 射线照射物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．按照光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，光的电磁理论再次遇到了困难． 2．光子的动量 光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝h ν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p ＝h λ，式中λ为光波的波长． 3．康普顿效应的意义(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性．(2)证明了光子具有能量．(3)证明了光子具有动量．康普顿效应说明了什么？为什么说康普顿效应反映了光子具有动量？ 提示：康普顿效应说明了光的粒子性．解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合很好．二、光的波粒二象性的本质光既具有粒子性，又具有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质称为波粒二象性．1．(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．( )(2)光子数量越大，其粒子性越明显．( )(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( )提示：(1)√ (2)× (3)√三、概率波在光的双缝干涉实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点上，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布，所以对光的描述说成是一种概率波．在光的量子化现象的领域中，描述光性质的最恰当的语言是概率波．2．(1)光波既是一种电磁波，又是一种概率波．()(2)概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，所以本质是一样的．()提示：(1)√(2)×对康普顿效应的理解1．经典物理的理论无法解释康普顿效应按照经典物理的理论，由于光是电磁振动的传播，入射光将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带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的频率．因此，散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现λ＞λ0的散射光．2．利用光子说解释康普顿效应假定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，光子能量由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．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．光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．(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．康普顿效应现象说明光具有波动性B．康普顿效应现象说明光具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少[解析]康普顿效应说明光具有粒子性，A项错误，B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，C项错误，D项正确．[答案]BD白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳散射的结果，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．假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，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相比()A．频率变大B．速度变小C．光子能量变大D．波长变长解析：选D.光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后其动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝hp、E＝hν可知光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．人类对光本性的认识历程光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗．微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性年代17世纪17世纪19世纪中期20世纪中期20世纪初代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性关于光的本性，下列说法中正确的是()A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来[解析]光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．选项C正确、选项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()A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉显示了光的波动性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：选BCD.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，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．对光的波粒二象性的理解1．光的粒子性的含义：粒子性的含义是“不连续”“一份一份”的，光的“粒子”即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．(1)当光同其他物质发生作用时，表现出粒子性．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．2．光的波动性的含义：光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述．(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著．3．光的波动性、粒子性是统一的(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．关于对光的认识，下列说法正确的是()A．频率高的光是粒子，频率低的光是波B．光有时是波，有时是粒子C．光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性D．光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子[思路点拨] 波动性和粒子性是微观粒子(包括光)具有的不可分割的两种固有属性，在不同情况下，一种属性起主要作用，该属性就表现出来或属性显著．但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的．[解析]波动性和粒子性是光的两种属性，同时存在，A、B均错；光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，C对；光与宏观中的波及粒子不相同，D错．[答案] C(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()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．能量越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：选ABD.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，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确；光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．[随堂检测]1．(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解析：选BC.光的干涉和光的衍射说明光具有波动性，能说明光具有波粒二象性的是B、C.2．(多选)下列说法正确的是( )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 ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性解析：选CD.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，光的有些行为(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，A 错误；虽然光子和电子都是微观粒子，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，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确．3．康普顿散射的主要特征是( )A ．散射光的波长与入射光的波长全然不同B ．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关C ．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的D ．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关解析：选D.光子和电子相碰撞，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．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同．也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变，故只有选项D 正确．4．频率为ν的光子，具有的动量为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，因而频率将增大C ．散射后光子的能量减小，因而光子的速度减小D ．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率解析：选D.由动量公式p ＝h λ，在康普顿效应中，当入射光子与电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，波长变长，频率变小．而光的传播速度大小不变．5．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给电子，假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′解析：选C.能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子的碰撞过程也满足能量守恒，动量守恒，光子与电子相碰撞，把能量转移给电子导致能量减小，从而引起波长增大．[课时作业]一、单项选择题1．下列说法正确的是( )A ．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性B ．爱因斯坦发现了光电效应现象，并且提出光子说，成功解释了光电效应现象C ．爱因斯坦的光电效应方程能够说明光子具有动量D ．康普顿效应表明光子只具有能量答案：A2．能够证明光具有波粒二象性的现象是( )A ．光的干涉、衍射现象和光电效应B ．光的反射与小孔成像C ．光的折射与偏振现象D ．光的干涉、衍射与光的色散解析：选A.选项B 中小孔成像说明光沿直线传播，选项C 、D 说明光的波动性．故选项A 正确．3．下列各种波是概率波的是( )A ．声波B ．无线电波C ．光波D ．水波解析：选C.声波、水波是机械波，A 、D 错误；电磁波是一种能量波，B 错误；由概率波的概念和光波的特点分析可以得知光波为概率波，故C 正确．4．在康普顿效应实验中，X 射线光子的动量为hνc.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.5．下列说法正确的是()A．光的干涉和衍射说明光具有粒子性B．光的频率越大，波长越大C．光的波长越大，光子的能量越大D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s解析：选D.干涉和衍射是波特有的现象，故A错；波长的大小是由频率、波速决定的，B错；光子的能量由频率决定，所以C错；光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，因此D 对．6．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()A．只有两条亮纹B．有多条明暗相间的条纹C．没有亮纹D．只有一条亮纹解析：选B.由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，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．故正确答案为B.7．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，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，底片上只能出现一些不规则的亮点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点可以预测C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方解析：选D.曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的亮点，表现出光的粒子性，选项A错误．单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误．大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，故选项C错误，D正确．二、多项选择题8．关于光的波动性和粒子性，以下说法正确的是()A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一解析：选BC.光的电磁说是光的本质，而光子说是光在某些情况中的表现，不矛盾；光波是概率波，与机械波不同．故应选B、C.9．下列有关光的本性的说法，正确的是()A．经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道B．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，那么光只通过一个缝时就显出粒子性C．光学中某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，说明光具有波粒二象性D．经典物理的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型解析：选ACD.经典物理学中的粒子在任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道，所以A正确；经典的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型，选项D 正确；光具有波粒二象性，某些现象表明光具有波动性，而某些现象又表明光具有粒子性，一般说大量光子容易表现出波动性，个别光子容易表现出粒子性，选项B错误、C正确．10．下列叙述的情况正确的有()A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B．光是波，与橡皮绳子上的波类似C．光是一种粒子，它和物质作用是“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CD.光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，D正确．根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项C正确．11．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()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：选CD.根据光是概率波的概念，可知一个光子通过单缝落在何处是不可确定的，但光子落在中央亮纹处的概率最大，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，只不过落在暗纹处的概率很小而已，故只有C、D正确．三、非选择题12．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：根据动量守恒定律知，光子与静止电子碰撞前后动量守恒，相碰后合动量应沿2方向，所以碰后光子可能沿1方向运动，由于动量变小，故波长应变长．答案：1 变长13．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1.0×10－19 J ，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)．解析：E ＝h ν而c ＝νλ故λ＝hc E ＝6.63×10－34×3×1081.0×10－19 m ≈2.0×10－6 m. 答案：2.0×10－6 m。

第三节康普顿效应及其解释1．用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应。

2．按照经典电磁理论，散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长相等，不应该出现波长变长的散射光。

3．光子不仅具有能量，其表达式为ε＝hν，还具有动量，其表达式为p＝错误!。

4．一个光子与静止的电子(电子的速度相对光速而言可以忽略不计)发生弹性碰撞，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。

5．X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律。

对康普顿效应的理解1.康普顿效应现象用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波长会变长的现象称为康普顿效应。

2．康普顿效应的经典解释单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动,向各方向辐射同频率的电磁波。

经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能作出合理解释.3．康普顿效应的光子理论解释X射线为一些ε＝hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子获得一部分能量，散射的光子能量减少，频率减小，波长变长.（1)光的散射是光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象。

（2）散射光中也有与入射光有相同波长的射线，这是由于光子与原子碰撞,原子质量很大，光子碰撞后，能量不变，故散射光频率不变。

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。

假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（）A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒,动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ〈λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界.光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律。

光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h错误!，当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h错误!，由ε>ε′，可知λ〈λ′，选项C正确。

课时分层作业(六)(时间：45分钟分值：100分)[根底达标练]一、选择题(此题共8小题，每一小题6分)1．(多项选择)如下说法正确的答案是 ( )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，都能发生干预和衍射现象D．在光的双缝干预实验中，假设有一个光子，如此无法确定这个光子落在哪个点上BD [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对．]2．(多项选择)关于光的波粒二象性的理解正确的答案是( )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 [波粒二象性是光的根本属性，光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，B、C错误．]3．(多项选择)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能通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．可能落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大BCD [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B、C、D正确．]4．如图，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器的铝箔有张角，如此该实验( )A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性D [弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射现象，证明了光具有波动性；验电器的铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，如此证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确．]5．关于光的波粒二象性，如下说法中正确的答案是( )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．光的波粒二象性否认了光的电磁说B [光具有波粒二象性，波粒二象性并不否认光的电磁说，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．]6．对光的认识，如下说法不正确的答案是( )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C [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选项错误，D选项正确．]7．下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的答案是( )A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性D [光既具有粒子性，又具有波动性，即光具有波粒二象性，大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性，A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，C正确．]8．为了验证光的波粒二象性，在双缝干预实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，如下说法不正确的答案是 ( )A．使光子一个一个地通过双缝干预实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干预图样B．大量光子的运动规律显示出光的粒子性C．个别光子的运动显示出光的粒子性D．大量光子的运动规律显示出光的波动性B [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预图样，A、D正确，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，C正确．][能力提升练]一、选择题(此题共4小题，每一小题6分)1．实验明确：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿效应，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，如此该现象被称为逆康普顿效应，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿效应，如下说法正确的答案是( ) A．该过程不遵循能量守恒定律B．该过程不遵循动量守恒定律C．散射光中存在波长变长的成分D．散射光中存在频率变大的成分D [康普顿认为X射线的光子与电子碰撞时要遵循能量守恒定律和动量守恒定律，可以推知，在逆康普顿效应中，同样遵循能量守恒定律与动量守恒定律，A、B错误；由题意可知，在逆康普顿散射的过程中，有能量从电子转移到光子，如此光子的能量增大，根据公式E＝hν＝hcλ可知，散射光中存在频率变大的成分，或者说散射光中存在波长变短的成分，C错误，D正确．]2．关于电子的运动规律，以下说法正确的答案是 ( )A．电子如果表现粒子性，如此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，如此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，如此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，如此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 [由于运动对应的物质波是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵循牛顿运动定律，A、B错误；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．]3．(多项选择)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干预实验中，在光屏处放上照相底片，假设减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果明确，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规如此的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规如此的干预条纹，对这个实验结果有如下认识，其中不正确的答案是( )A．单个光子的运动没有确定的轨道B．干预条纹中明亮的局部是光子到达机会较多的地方C．只有大量光子的行为才能表现出波动性D．只有个别光子的行为才能表现出波动性D [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表现粒子性，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，出现干预中的亮纹或暗纹，故D错误，A、C正确；干预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B正确．] 4．(多项选择)关于光的波粒二象性，如下说法正确的答案是( )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，在干预条纹中，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CD [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子，故A 、B 选项错误．在干预实验中，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，波动性与粒子性才能统一，故D 选项正确．]二、非选择题(此题共2小题，共28分)5．(14分)光具有波粒二象性，光子的能量ε＝hν，其中频率ν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λ的关系p ＝h λ.假设某激光管以P ＝60 W 的功率发射波长λ＝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)假设光束全部被某黑体外表吸收，那么该黑体外表所受到光束对它的作用力F 为多大？[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Δt 内发射出的光子数为n ，光子频率为ν，每个光子的能量ε＝hν，所以P ＝nhνΔt (Δt ＝1 s)，而ν＝c λ解得n ＝P Δtλhc ＝60×1×663×10－96.63×10－34×3×108(个) ＝2.0×1020(个)．(2)在时间Δt 内激光管发射出的光子全部被黑体外表吸收，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 ＝n h λ.根据动量定理有F ·Δt ＝p 总，解得黑体外表对光子束的作用力为F ＝p 总Δt ＝nh λ·Δt ＝nhνλν·Δt ＝P c ＝603×108N ＝2.0×10－7N.又根据牛顿第三定律，光子束对黑体外表的作用力 F ′＝F ＝2.0×10－7 N.[答案] (1)2.0×1020 (2)2.0×10－7N6．(14分)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λ，太阳帆面积为S ，反射率100%，设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 λ)；(2)假设太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？[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 ，如此N ＝nS由动量定理有F Δt ＝N Δt ·2p所以F ＝N ·2p 而光子动量p ＝h λ，所以F ＝2nSh λ由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为a ＝F m ＝2nSh mλ. (2)假设太阳帆是黑色的，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 λ，飞船的加速度a ′＝nSh mλ. [答案] (1)a ＝2nSh mλ (2)a ′＝nSh mλ。