高中物理 4-3.4 光的波粒二象性 实物粒子的波粒二象性规范训练 教科版选修3-5

3光的波粒二象性4实物粒子的波粒二象性(时间：60分钟)知识点基础中档稍难康普极效应31、2光的波粒二象性5、64物质波7、7、10、119综合提升1213、14知识点一康普顿效应1．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()．A.频率变大 B．速度变小C．光子能量变大 D.波长变长解析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，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝eq\f(h,p)，ε＝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．答案D2．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E＝hν＝heq\f(c,λ)，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E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E>E′，可知λ<λ′，选项C正确．答案C3．频率为ν的光子，具有的动量为eq\f(hν,c)，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．由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率解析由动量公式p＝eq\f(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．而光的传播速度不变．答案D知识点二光的波粒二象性4．物理学家做了一个有趣的实验：如图4-3、4-2所示，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；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，其中不正确的是()．图4-3、4-2A．曝光时间不长时，光的能量大小，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表现出波动性E．光的波动性不是光子之间的相互作用引起的解析由于少数光子到达各点是随机的，没有确定的规律，所以出现一些不规则的点，所以选项A错误、B正确．光波是一种概率波，所以干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，所以选项C正确．少数光子表现为粒子性，大量光子表现为波动性，所以选项D正确．光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子本身固有的性质，所以选项E正确．答案A5．对于光的行为，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，A选项正确；光与物质作用，表现为粒子性，光的传播表现出波动性，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的分布概率，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，B、D选项正确．答案ABD6．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()．A．光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性B．光的频率越高，其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显C．光的波动性可以看作是大量光子运动的规律D．伦琴射线比可见光更容易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象解析我们既不能把光看成宏观现象中的波，也不能把光看成宏观现象中的粒子，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，选项A错误；光的波动性和粒子性都与光的频率有关，随着频率的增大，波动性减弱而粒子性增强，选项B正确；大量光子表现出波动性，少量光子则表现出粒子性，选项C正确；伦琴射线的频率比可见光高，在真空中、空气中或在同一种介质中的伦琴射线的波长比可见光短，因而更容易发生光电效应而更不容易观察到干涉和衍射现象，选项D正确．答案BCD知识点三物质波7．关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是()．A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒也具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波粒二象性中的波动性，是大量光子和高速运动的微观粒子的行为，这种波动性与机械波在本质上是相同的D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的解析不能将微观粒子的波动性和粒子性看成宏观概念中的波和粒子，它们在本质上是不相同的．答案C8．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是()．A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上选项都不正确解析根据课本知识我们知道，最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验．故B正确．答案B9．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．故正确答案为B.答案B10．下列说法中正确的是()．A．质量大的物体，其德布罗意波长小B．速度大的物体，其德布罗意波长小C．动量大的物体，其德布罗意波长小D．动能大的物体，其德布罗意波长小解析由德布罗意假说得德布罗意波长λ＝eq\f(h,p).式中h为普朗克常量，p为运动物体动量，可见p越大，λ越小；p越小，λ越大．故C正确，A、B、D错误．答案C11．根据物质波理论，下列说法正确的是()．A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．宏观物体和实物粒子都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显解析一切运动的物体都有一种波与它对应，不管是宏观物体还是微观粒子，都具有波动性；宏观运动的物体不易观察到其波动性是因为其波长太短．物质波的波长越长，波动性越明显，故正确答案为B、D.答案BD12．如图4-3、4-3所示，关于电子云，下列说法正确的是()．图4-3、4-3A．电子云是真实存在的实体B．电子云周围的小圆点就是电子的真实位置C．电子云上的小圆点表示的是电子的概率分布D．电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道解析由电子云的定义我们知道，电子云不是一种稳定的概率分布，在历史上，人们常用小圆点表示这种概率，小圆点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小，故只有C正确．答案C13．如图4-3、4-4所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰前A球的德布罗意波长为λ，碰后A、B两球的德布罗意波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是()．图4-3、4-4A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析由动量守恒定律pA＝pA′＋pB，再由德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，得到eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ2)＋eq\f(h,λ3).答案D14．一质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行；一个初速度为零的电子，通过电压为100V的电场加速．试分别计算它们的德布罗意波长(其中，电子质量为9.1×10－31kg解析物体的动量p＝mv，其德布罗意波长λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv).足球的德布罗意波长λ1＝eq\f(h,m1v1)＝eq\f(6.63×10－34,450×10－3×10)m＝1.47×10－34m电子经电