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1、2022年高中物理 第2章 第3、4節(jié) 康普頓效應(yīng)及其解釋 光的波粒二象性學(xué)案 粵教版選修3-5
1.用X射線照射物體時(shí),一部分散射出來的X射線的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng),這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng).
2.按照經(jīng)典電磁理論,散射前后光的頻率不變,因而散射光的波長(zhǎng)與入射光的波長(zhǎng)相等,不應(yīng)該出現(xiàn)波長(zhǎng)變長(zhǎng)的散射光.
3.光子不僅具有能量,其表達(dá)式為ε=hν,還具有動(dòng)量,其表達(dá)式為p=.
4.光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)表明,光是一種電磁波,具有波動(dòng)性;光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)則表明,光在與物體相互作用時(shí),必須看成是一顆顆光子的形式出現(xiàn)的,具有粒子性.
5.雙縫干涉中每次穿過雙縫的只有一個(gè)光子,它不可能跟其他光子產(chǎn)生干涉.
2、但光的干涉還是發(fā)生了.可見,波動(dòng)性是每一個(gè)光子的屬性.光既有粒子性,又有波動(dòng)性,單獨(dú)使用波或粒子都無(wú)法完整地描述光的所有性質(zhì).
6.光既有波動(dòng)性,又有粒子性,我們把光的這種性質(zhì)叫做光的波粒二象性.
7.干涉條紋是光子在感光片上各點(diǎn)的概率分布的反映.這種概率分布就好像波的強(qiáng)度的分布,稱光波是一種概率波.
1.人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過程.下列關(guān)于光的本性的陳述不符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是(A)
A.牛頓的“ 微粒說” 與愛因斯坦的“ 光子說” 本質(zhì)上是一樣的
B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性
C.麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波
D.光具有波粒二象性
解析:牛頓的“
3、微粒說”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒,愛因斯坦的“光子說”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量,顯然A錯(cuò);干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉說明光具有波動(dòng)性,B正確;麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì),以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等認(rèn)為光是一種電磁波,后來赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說,C正確;光具有波動(dòng)性與粒子性,稱為光的波粒二象性,D正確.
2.康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量,也有動(dòng)量,如圖給出了光子與靜止電子碰撞后,電子的運(yùn)動(dòng)方向,則碰后光子可能沿方向________運(yùn)動(dòng),并且波長(zhǎng)________(選填“ 不變” 、“ 變短” 或“ 變長(zhǎng)” ).
解析:根據(jù)動(dòng)量守恒定律知,光子與靜止電子碰
4、撞前后動(dòng)量守恒,相碰后合動(dòng)量應(yīng)沿2方向,所以碰后光子可能沿1方向運(yùn)動(dòng),由于動(dòng)量變小,故波長(zhǎng)應(yīng)變長(zhǎng).
答案:1 變長(zhǎng)
3.(多選)下列有關(guān)光的說法正確的是(BD)
A.光電效應(yīng)表明在一定條件下,光子可以轉(zhuǎn)化為電子
B.大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性,少量光子易表現(xiàn)粒子性
C.光有時(shí)是波,有時(shí)是粒子
D.康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量
4.下列實(shí)驗(yàn)中,能證實(shí)光具有粒子性的是(A)
A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
C.光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn)
D.泊松亮斑實(shí)驗(yàn)
解析:光電效應(yīng)證明光具有粒子性,A正確.光的干涉和衍射可證明光具有波動(dòng)性.B、C、D錯(cuò)
5、誤.
5.下列現(xiàn)象能說明光具有波粒二象性的是(D)
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和光的衍射
C.光的反射和光電效應(yīng)
D.泊松亮斑和光電效應(yīng)
解析:光的色散、光的反射可以從波動(dòng)性和粒子性兩方面分別予以理解,故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤.光的干涉、衍射現(xiàn)象只說明光的波動(dòng)性,B選項(xiàng)錯(cuò)誤.泊松亮斑能說明光具有波動(dòng)性,光電效應(yīng)說明光具有粒子性,故D選項(xiàng)正確.
6.下列關(guān)于光的波粒二象性的理解,正確的是(D)
A.大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動(dòng)性,有些光子表現(xiàn)出粒子性
B.光在傳播時(shí)是波,而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子
C.高頻光是粒子,低頻光是波
D.波粒二象性是光的屬性,
6、有時(shí)它的波動(dòng)性顯著,有時(shí)它的粒子性顯著
解析:光的波粒二象性是光的屬性,不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質(zhì)相互作用,光都具有波粒二象性,大量光子的行為易呈現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子的行為易表現(xiàn)出粒子性,光的頻率越高,粒子性越強(qiáng),光的頻率越低,波動(dòng)性越強(qiáng),故A、B、C錯(cuò)誤,D正確.
7.(多選)下列各種波是概率波的是(CD)
A.聲波 B.無(wú)線電波
C.光波 D.物質(zhì)波
解析:聲波是機(jī)械波,A錯(cuò).電磁波是一種能量波,B錯(cuò).由概率波的概念和光波以及物質(zhì)波的特點(diǎn)分析可以得知光波和物質(zhì)波均為概率波,故C、D正確.
8.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知(B)
A.“光子說”的本質(zhì)就是牛
7、頓的“微粒說”
B.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),光子的能量越小
C.一束單色光的能量可以連續(xù)變化
D.只有光子數(shù)很多時(shí),光才具有粒子性
解析:愛因斯坦的“光子說”認(rèn)為光是一份一份的,是不連續(xù)的,它并不否定光的波動(dòng)性,而牛頓的“微粒說”與波動(dòng)說是對(duì)立的,因此A錯(cuò)誤.在愛因斯坦的“光子說”中光子的能量ε=hν=;可知波長(zhǎng)越長(zhǎng),光子的能量越小,因此B正確.某一單色光,波長(zhǎng)恒定,光子的能量也是恒定的,因此C錯(cuò)誤.大量光子表現(xiàn)為波動(dòng)性,而少數(shù)光子才表現(xiàn)為粒子性,因此D錯(cuò)誤.
9.在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)100個(gè)光子中有96個(gè)通過雙縫后打到了觀察屏上的b處,則b處是(A)
A.亮紋
B.暗紋
C.既有可能是亮紋也有可能是暗紋
D.以上各種情況均有可能
解析:由光子按波的概率分布的特點(diǎn)去判斷,由于大部分光子都落在b點(diǎn),故b處一定是亮紋,選項(xiàng)A正確.
10.在康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,X射線光子的動(dòng)量為,一個(gè)靜止的C原子吸收了一個(gè)X射線光子后將(B)
A.仍然靜止
B.沿著光子原來運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)
C.沿光子運(yùn)動(dòng)的相反方向運(yùn)動(dòng)
D.可能向任何方向運(yùn)動(dòng)
解析:由動(dòng)量守恒定律知,吸收了X射線光子的原子與光子原來運(yùn)動(dòng)方向相同,故正確選項(xiàng)為B.