2019-2020学年高中物理 第二章 波粒二象性 第三节 康普顿效应及其解释 第四节 光的波粒二象

[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＝hλ，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3.0×108m/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3.0×108m/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1.0×10－19J，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)．解析：E＝hν而c＝νλ故λ＝hcE＝6.63×10－34×3×1081.0×10－19m≈2.0×10－6m.答案：2.0×10－6m