2020-2021学年教科高中物理选修3-5课时练习17光的波粒二象性

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2020学年高中物理第17章波粒二象性第1、2节能量量子化光的粒子性课下作业(含解析)新人教版选修3_5

第1节能量量子化第2节光的粒子性[随堂巩固]1．(对黑体辐射规律的理解)(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高解析由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，故B、C项正确。

答案BC2．(能量子的理解及ε＝hν的应用)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的解析普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D正确。

答案AD3．(光电效应现象)在用如图17－1－8所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转，则此时图17－1－8A．验电器的金属球不带电B．验电器的金属指针带正电C．锌板被紫外线照射到的一面带负电D．锌板未被紫外线照射到的一面带负电解析用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误。

答案 B4．(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少。

高中物理（教科版选修3-5）：第4章3.光的波粒二象性含答案

高中物理（教科版选修3-5）：第4章3.光的波粒二象性含答案学业分层测评(十五) (建议用时：45分钟)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【解析】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．【答案】 B2．(多选)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D．光电效应说明光具有粒子性【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．C、D正确，A、B错误．【答案】CD3．关于光的波粒二象性的理解正确的是( )【导学号：22482063】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．光在传播时粒子性显著，而与物质相互作用时波动性显著D．高频光是粒子，低频光是波【解析】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，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，B、C错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，D错误．【答案】 A4．(多选)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【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错误，D选项正确．【答案】ABD5．(多选)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【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】AD6．(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单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样。

2020-2021学年高中物理人教版选修3-5：第十七章5不确定性关系 Word版含解析

量的不确定性更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒
子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规
律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽
略，故C、D正确．
答案：CD
拓展一对概率波的理解
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．
答案：BCD
名师点评光波是一种概率波，体现了光的波动特性，光子经过狭缝后在光屏上的落点具有概率性，明条纹处光子落点概率大．
1．(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逢，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
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．温馨提示：(1)在双缝干涉和单缝衍射的暗纹处也有光子到达，只是光子数“特别少”．（2）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.
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
思路点拨：双缝干涉实验证明光具有波粒二象性，
光波是概率波．解析：曝光时间不长时，个别光子表现出粒子性，
使底片上出现了不规则的点子，而曝光时间足够长时，大量光子的行为表现出波动性，底片上出现了规则的干涉条纹，综上所述B、C、D项正确．

高中物理第十七章波粒二象性2光的粒子性练习新人教版选修3_5

第十七章波粒二象性2 光的粒子性1．(多选)下列对光子的认识，正确的是( )A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的粒子B．光子说中的光子就是光电效应中的光电子C．在空间中传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比解析：根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子，而牛顿的微粒说中的微粒指的是宏观世界的微小颗粒，光电效应中的光电子指的是金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面的粒子，故A、B选项错误，C选项正确．由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．答案：CD2．(多选)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正负极接反解析：光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极．其中有无光电子逸出取决于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定．一旦电源正负极接反且电压超过遏止电压，即使具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，即使发生了光电效应，电路中也不能形成光电流．故该题的正确选项是B、D.答案：BD3．用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较强的太阳光照射该金属，则( )A ．可能不发生光电效应B ．逸出光电子的时间明显变长C ．逸出光电子的最大初动能不变D ．单位时间逸出光电子的数目变小解析：由于太阳光中含有紫光，所以照射该金属时仍能发生光电效应且逸出的光电子的最大初动能不变，A 项错误，C 项正确；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B 项错误；又因为光强变强，所以单位时间内逸出的光电子数目变大，D 项错误．答案：C4．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图所示，这时( )A ．锌板带正电，指针带负电B ．锌板带正电，指针带正电C ．若用黄光照射锌板，则不能产生光电效应现象D ．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子解析：锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，部分正电荷转移到灵敏静电计上，使指针带正电，B 对，A 错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都不能产生光电效应，C 对，D 错．答案：BC5．若一个光子的能量等于一个电子的静止能量，试问该光子的动量和波长是多少(电子的静止能量为m 0c 2)?解析：一个电子的静止能量为m 0c 2，由题意知h ν＝m 0c 2，光子的动量p ＝εc ＝m 0c 2c＝m 0c ＝9.1×10－31 kg ×3×108 m/s ＝2.73×10－22kg ·m/s ，光子的波长λ＝h p ＝ 6.63×10－34J ·s2.73×10－22 kg ·m/s＝0.002 4 nm.答案：2.73×10－22kg ·m/s 0.002 4 nm1．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( ) A ．红光 B ．橙光 C ．黄光D ．绿光解析：按照爱因斯坦的光子说，光子的能量ε＝h ν，h 为普朗克常量，说明光子的能量与光的频率成正比，而上述四种单色光中，绿光的频率最大，红光的频率最小，故光子能量最小的是红光，所以选项A正确．答案：A2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比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，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比解析：由ε＝hν＝h cλ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故A 错．由E k＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，故B错．发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C错．答案：D3．对于任何一种金属，能发生光电效应的条件是( )A．入射光的强度大于某一极限强度B．入射光的波长大于某一极限波长C．入射光照射时间大于某一极限时间D．入射光的频率不低于某一截止频率答案：D4．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc.用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定( ) A．a光束照射时，不能发生光电效应B．c光束照射时，不能发生光电效应C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小解析：由a、b、c三束单色光的波长关系λa>λb>λc及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：νa<νb<νc.故当b光束恰能使金属发生光电效应时，a光束必然不能使该金属发生光电效应，c光束必然能使该金属发生光电效应，A对，B错；又因为发生光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C错；光电子的最大初动能与入射光频率有关，频率越高，最大初动能越大，所以c光束照射时释放出的电子的最大初动能最大，D错．故正确选项为A.答案：A5．(多选)如图所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．从图中可知( )A ．E k 与ν成正比B ．入射光频率必须大于或等于截止频率νc 时，才能产生光电效应C ．对同一种金属而言，E k 仅与ν有关D ．E k 与入射光强度成正比解析：由E k ＝h ν－W 0知B 、C 正确，A 、D 错误．答案：BC6．(多选)已知能使某金属产生光电效应的截止频率为νc ，则( ) A ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h νcC ．当入射光的频率ν大于νc 时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于νc 时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：因入射光的频率大于极限频率时会产生光电效应，所以A 正确；因为金属的极限频率为νc ，所以逸出功W 0＝h νc ，再由E k ＝h ν－W 0得，E k ＝2h νc －h νc ＝h νc ，故B 正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 错误；由E k ＝h ν－W 0＝h ν－h νc ＝h (ν－νc )可得，当ν增大一倍时：E k ′E k ＝2ν－νcν－νc≠2，故D 错误．答案：AB7．如图所示，一验电器与锌板相连，在A 处用一紫外线灯照射锌板，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，则验电器指针偏角将________(填“减小”“增大”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．解析：紫外线照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子，锌板及与它连在一起的验电器都带正电，带负电的金属小球与其接触后，中和一部分正电荷，验电器指针偏角将减小．红外线比黄光的频率更低，更不可能发生光电效应，所以验电器指针无偏转．能否发生光电效应与入射光的强度无关．答案：减小无8．频率为ν的光照射到一种金属表面上，有电子从金属表面逸出，当所加反向电压U 的大小增大到3 V 时，光电流刚好减小为零．已知这种金属的截止频率为νc ＝6.00×1014Hz ，因此入射光的频率ν＝________Hz(电子电荷量e ＝1.60×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s)．解析：光电子的最大初动能E k ＝eU c .① 由爱因斯坦光电效应方程有E k ＝h ν－h νc .②联立①②得： ν＝eU c h＋νc ＝1.32×1015Hz . 答案：1.32×10159．铝的逸出功为4.2 eV ，现用波长200 nm 的光照射铝的表面．已知h ＝6.63×10－34J ·s ，求：(1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压； (3)铝的截止频率．解析：(1)根据光电效应方程E k ＝h ν－W 0有E k ＝hcλ－W 0＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J. (2)由E k ＝eU c 可得U c ＝E k e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ＝2.016 V.(3)由h νc ＝W 0得νc ＝W 0h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝1.014×1015Hz. 答案：(1)3.225×10－19J (2)2.016 V(3)1.014×1015Hz。

高中物理第十七章波粒二象性第一二节能量量子化光的粒子性课时作业含解析新人教版选修3_5

第一、二节能量量子化光的粒子性请同学们认真完成 [练案5]基础夯实一、选择题(1～5题为单选题,6、7题为多选题)1．(2020·北京市昌平区高二下学期期末)以下宏观概念中,属于“量子化”的是( D ) A．物体的长度B．物体所受的重力C．物体的动能D．人的个数解析：人数的数值只能取正整数,不能取分数或小数,因而是不连续的,是量子化的。

其他三个物理量的数值都可以取小数或分数,甚至取无理数也可以,因而是连续的,非量子化的。

故只有D正确。

2．(2020·云南省云天化中学高二春季开学试题)关于对热辐射认识,下列说法中正确的是( B )A．热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波B．温度越高,物体辐射的电磁波越强C．辐射电磁波的情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A错误,B正确；辐射电磁波的情况与物体的温度有关,与材料种类及表面状况也有关,C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。

3．(2020·黑龙江省哈尔滨六中高二下学期期中)某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图所示。

表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料( D )材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A．仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子解析：由题图可知,该光源发出的光的波长大约在25 nm到440 nm之间,而三种材料中,极限波长最小的铂的极限波长是196 nm,大于25 nm,所以该光源能使三种材料都产生光电效应。

故选D 。

4．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。

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( D )A ．频率变大B ．频率不变C ．光子能量变大D ．波长变长解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时,既遵守能量守恒,又遵守动量守恒。

2020-2021学年高二物理人教版选修3-5(第17.4 概率波)

…○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________…○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………绝密★启用前第十七章波粒二象性4.概率波第Ⅰ部分选择题一、选择题：本题共8小题。

将正确答案填写在题干后面的括号里。

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，则能确定这个光子落在哪个点上2.关于电子云，下列说法正确的是()A.电子云是真实存在的实体B.电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C.电子云上的小黑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3．在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，假设光子出现在中央亮纹的概率为90%，下列说法正确的是()A ．第一个光子一定出现在中央亮纹上B ．第一个光子可能不出现在中央亮纹上C ．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子还有可能出现在中央亮纹上D ．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子一定不能出现在中央亮纹上4.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波动性D ．让光子一个一个通过狭缝，每个光子都会在相同轨道上做匀速直线运动5．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点子；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点子，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6.电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是()A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B.电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C.电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置7．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b 处，则b 处是()A ．亮纹B ．暗纹C ．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D ．以上各种情况均有可能8．如图所示，灯丝F 发射的电子束经过电场加速后从阳极上狭缝S 穿出，通过两条平行狭缝S 1、S 2后，在荧光屏上形成明显的双缝干涉图样。

新人教版选修3-5《172_光的粒子性》课时训练物理试卷有答案

新人教版选修3-5《17.2 光的粒子性》课时训练物理试卷一、课前预习练第2节光的粒子性1. 光电效应（1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，逸出的电子叫做________。

（2）光电效应的实验规律①实验规律之一，存在着________电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个________，也就是说在电流较小时电流随着电压的增大而________，但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流________增大了。

②实验规律之二，存在着________电压和________频率：对光电管加反向电压，光电流可以减小到零。

使光电流恰好减小为零的________称为遏止电压。

不同频率的光照射金属产生光电效应，遏止电压是________。

遏止电压与光电子的初速度存在的关系：________。

当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不加反向电压，也没有光电流，表明没有光电子了，νc称为________。

③实验规律之三，光电效应具有________：当入射光的频率超过截止频率时，无论入射光强度怎么样，立刻就能产生光电效应。

精确测量表明产生光电流的时间不超过________s。

2. 爱因斯坦的光电效应方程（1）光子说：光不仅在________时能量是一份一份的，是不连续的，而且光本身就是由一个个不可分割的________组成的，频率为ν的光的能量子为________，每一个光的能量子被称为一个________，这就是爱因斯坦的光子说。

（2）爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦说，在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是ℎν，这些能量的一部分用来克服金属的________，剩下的表现为逸出的光电子的________，公式表示为________。

3. 康普顿效应（1）光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播________发生改变，这种现象叫做光的散射。

2020-2021学年教科版物理选修3-5课时素养评价 4.3 光的波粒二象性

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课时素养评价十五光的波粒二象性(15分钟·30分)一、选择题(本大题共3小题,每小题6分,共18分)1.下列说法正确的是( )A.惠更斯提出的光的波动说与麦克斯韦的光的电磁说都是说光是一种波,其本质是相同的B.牛顿提出的光的微粒说与爱因斯坦的光子说都是说光是一份一份不连续的,其实质是相同的C.惠更斯的波动说与牛顿的微粒说都是说光具有波粒二象性D.爱因斯坦的光子说与麦克斯韦的光的电磁说揭示了光既具有波动性又具有粒子性【解析】选D。

惠更斯提出的波动说和麦克斯韦的电磁说有着本质的不同,前者仍将光看作机械波,认为光在太空中是借助一种特殊介质“以太”传播的,而后者说光波只是电磁波而不是机械波,可以不借助于任何介质而传播,选项A不符合题意;牛顿提出的微粒说和爱因斯坦的光子说也是有本质区别的,前者认为光是由一个个特殊的实物粒子构成的,而爱因斯坦提出的光子不是像宏观粒子那样有一定形状和体积的实物粒子,它只强调光的不连续性,光是由一份一份组成的,B选项不符合题意;惠更斯的波动说和牛顿的微粒说都是以宏观物体或模型提出的,是对立的、不统一的,C选项不符合题意;据光的波粒二象性知,爱因斯坦的光子说与麦克斯韦的光的电磁说揭示了光既具有波动性又具有粒子性,D选项符合题意。

2.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,动量不守恒,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。

光子与电子碰撞时遵循这两个规律。

光子与电子碰撞前光子的能量ε=hν=h,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,由ε>ε′可知λ<λ′,选项C正确。

人教版高中物理选修3-5第十七章波粒二象性测试含答案和详细解析

绝密★启用前2020年秋人教版高中物理选修3-5第十七章波粒二象性测试本试卷共100分，考试时间120分钟。

一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)1.一束波长为7×10－5cm的光波，每秒钟有3×1015个光子通过一个与光线垂直的平面．另有一束光，它传输相同的能量，但波长为4×10－5cm.那么这束光每秒钟通过这垂直平面的光子数目为()A． 0.58×1015个B． 3×1015个C． 1.71×1015个D． 5.25×1015个2.关于光电效应现象，下列说法中正确的是()A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C．发生光电效应的时间一般都大于10－7sD．保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比3.能够说明光具有粒子性的现象是()A．光的干涉现象B．光的衍射现象C．光的色散现象D．光电效应现象4.关于图中四位杰出物理学家所做的贡献，表述正确的是()A．麦克斯韦在实验中证实了电磁波的存在B．赫兹预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波C．法拉第发现了电流的磁效应D．托马斯·杨进行了双缝实验，发现了光的干涉性质5.光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则( )A．若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的能量可能不变B．若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少C．若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出D．若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的能量增大6.用不同频率光照射某一金属发生光电效应时，光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图象如图所示，则图中横、纵轴截距及斜率的物理意义为()A．斜率为普朗克常数的倒数B．纵轴截距为逸出功的倒数C．横轴截距为极限频率D．横轴截距为极限波长7.下列关于概率波的说法中，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，若有一个粒子，则可以确定它从其中的哪一个缝中穿过8.关于康普顿效应，下列说法正确的是()A．康普顿效应证明光具有波动性B．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，有些波长变短了C．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，有些波长变长了D．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释9.光电效应实验中，下列结果正确的是()A．光照时间增大为原来的2倍时，光电流也增大为原来的2倍B．当入射光的频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增为原来的2倍C．入射光波长增大为原来的2倍，有可能不发生光电效应D．入射光强增大为原来的2倍时，单位时间发出的光电子数量有可能变为原来的4倍10.用两束频率相同但强度不同的紫外线照射两种不同的金属，假若它们都有光电子逸出，则() A．从逸出功较小的金属表面逸出的光电子的最大初动能一定较大B．逸出功较小的金属产生的光电流强度一定较大C．受强度较大的紫外线照射的金属产生的光电子最大初动能一定较大D．受强度较大的紫外线照射的金属产生的光电流强度一定较大二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)11.(多选)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()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，甚至为零12.(多选)用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是() A．用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度B．用较弱的紫外线照射金属钾C．用黄光照射金属钾，且照射时间很长D．只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应13.(多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是()A．采取办法提高测量Δx的精度时，Δp的精度下降B．采取办法提高测量Δx的精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关14.（多选）图为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)15.太阳光垂直射到地面上，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.(1)假如认为可见光的波长(λ＝)约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011m．普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数．(2)若已知地球的半径为6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率．16.质量为1 000 kg的小汽车以v＝30 m/s的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的布罗意波的波长．为什么我们无法观察到其波动性？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)17.已知锌的逸出功W0＝3.34 eV，试通过计算说明：用波长λ＝0.2 μm的光照射锌板时能否发生光电效应．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s)18.从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c与入射光频率ν，作出U c－ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．图中频率ν1、ν2，遏止电压U c1、U c2及电子的电荷量e均为已知，求：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率νc.答案解析1.【答案】C【解析】由题意得n1＝n2，代入数据得n2＝1.71×1015个，2.【答案】D知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错；由E k＝hν－【解析】由ε＝hν＝h CλW0知，最大初动能与入射光频率有关，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10－9s，C错．3.【答案】D【解析】光的干涉、衍射、色散说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，D正确．4.【答案】D【解析】赫兹在实验中证实了电磁波的存在，选项A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波，选项B错误；奥斯特发现了电流的磁效应，选项C错误；托马斯·杨进行了双缝实验，发现了光的干涉性质，选项D正确．5.【答案】B【解析】若入射光的频率增加，光电子的能量变大，A错；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，只要频率大于金属的极限频率，那么一定会有光电子逸出，光的强弱不影响光电子的能量，只影响单位时间内发出光电子的数目．入射光的频率不变，光的强度减弱，单位时间内逸出电子数目减少，B对，C错；频率增加，光电子的能量一定变大，光照强度不变，则单位时间内照射的光子数减少，所以逸出的光电子数减小，D错．6.【答案】C【解析】由光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图象E k＝hν－W得，该图线的斜率表示普朗克常量h，纵轴截距的绝对值为逸出功，横轴截距绝对值对应的频率是发生光电效应的最小频率，即为极限频率，C正确．7.【答案】B【解析】概率波与机械波是两个不同的概念，二者的本质不同，故A错误；物质波是一种概率波，故B正确；概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但其本质是不一样的，故C错误；根据不确定性关系，在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则不能确定它从其中的哪一个缝中穿过，故D错误．8.【答案】C【解析】康普顿效应揭示了光具有粒子性，A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，则动量减小，根据λ＝，知波长变长，B错误，C正确；光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，D错误．9.【答案】C【解析】光电效应的发生是瞬时的，A错误；根据光电效应方程E k＝hν－W0可知，频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能不是原来的2倍，B错误；入射光波长增大为原来的2倍，频率变为原来的，有可能不发生光电效应，C正确；入射光强增大为原来的2倍时，单位时间发出的光电子数量有可能变为原来的2倍，D错误．10.【答案】A【解析】根据光电效应方程E k＝hν－W0，入射光的频率相同，逸出功越小，光电子的最大初动能越大，A正确，C错误；同一金属在能发生光电效应的条件下，光电流强度与入射光的强度成正比，与逸出功无关，B错误；不同的金属，光电流强度不仅与入射光的强度有关，还与所加电压有关，故强度较大的紫外线照射的金属产生的光电流强度不一定较大，D错误．11.【答案】ABC【解析】用一定频率单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知ν＞ν0，A正确；发生光电效应后，增加光的强度能使光电流增大，B正确；滑片P向左移，光电管两端的电压增大，左边的极板为负极，右边极板为正极，到达极板的光电子数增大，电流表示数增大，C正确，D错误．12.【答案】BD【解析】光电效应的发生存在一个极限频率，同时对应着极限波长，只要照射光的频率大于极限频率(对应着小于极限波长)就会发生光电效应，与照射光的强度无关，红光和黄光的频率均小于绿光的频率，而紫光频率大于绿光的频率，正确答案是B、D.13.【答案】AD【解析】不确定关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．14.【答案】BC【解析】在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A、D错误，B正确．波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝＝Hz＝6×1014Hz＞4.5×1014Hz，可发生光电效应，所以C正确．15.【答案】(1)4.9×1044个(2)1.8×1014kW【解析】(1)设地面上垂直太阳光每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，则有：P×45%＝nh ，解得n＝＝个＝1.75×1021个，则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2个≈4.9×1044个．(2)地球接收太阳光的总功率P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.16.【答案】见解析【解析】小汽车的动量为p＝mv＝1 000×30 kg·m/s＝3×104kg·m/s，故小汽车的德布罗意波的波长为λ＝＝m＝2.21×10－38m因小汽车的德布罗意波的波长太短，故无法观察到其波动性．17.【答案】能发生光电效应【解析】波长λ＝0.2 μm的光的光子的能量为：E＝hν＝＝9.945×10－19J锌的逸出功：W0＝3.34 eV＝3.34×1.6×10－19J＝5.344×10－19J由于E＞W0，故能够发生光电效应．18.【答案】(1)(2)【解析】根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0及动能定理eU c＝E k得U c＝(ν－νc)结合图象知k＝＝＝普朗克常量h＝，ν0＝。

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1
课时练习17 光的波粒二象性
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
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( D )
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，遵守动量守恒定律和能量守恒定
律，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、能量减少，故C错误．由λ＝hp、ε＝hν可知光子频率变小，波
长变长，故A错误，D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．
2.如图所示，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铝箔有张角，则该实验( D )

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
解析：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，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明
锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了
光具有波粒二象性，选项D正确．
1

3．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( C )
A．能量守恒，动量不守恒，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规律．光子与电

子碰撞前光子的能量ε＝hν＝hcλ，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′＝hcλ′，由ε>ε′可知
λ<λ′，选项C正确．
4．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运
动，下列说法中正确的是( D )
A．电子在空间做匀速直线运动
B．电子上下左右颤动着前进
C．电子运动轨迹是正弦曲线
D．无法预言它的路径
解析：根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我
们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D
正确．
5．关于光的本性，下列说法正确的是( C )
A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象
性是不可能的
B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点
C．大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子
性
D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性
1

解析：由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但
是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况
下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去说明
光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，
即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性．综
上所述选项C正确．
6．数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常
重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，
现知2 000万像素的数码相机拍出的照片比200万像素的数码相机拍
出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( D )
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现出光的粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
7．关于光的性质，下列叙述中正确的是( BC )
A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到
B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显
著
C．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
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：光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子
表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．
8．说明光具有粒子性的现象是( AD )
A．光电效应 B．光的干涉
C．光的衍射 D．康普顿效应
9．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( AC )
1

A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，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单缝，如果时间
很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样
C．大量光子的运动显示光的波动性，个别光子的运动显示光的
粒子性
D．光只有波动性没有粒子性
解析：光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断
它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律，即大量光子的运动或
曝光时间足够长，显示出光的波动性．
二、非选择题
10．在双缝干涉实验中，若在像屏处放上照相底片，并使光子流
减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果证明，如果曝光时
间不太长，底片上出现无规则分布的光点；如果曝光时间足够长，底
片上出现规则的干涉图样．
解析：在双缝实验中，如能使光子一个一个地通过狭缝，如果曝
光时间短，底片上只出现一些无规则分布的点，形不成干涉特有的明、
暗相间的条纹，表现出光的粒子性．点分布看似无规则，但点在底片
上各处出现的概率却遵从双缝干涉实验中波强分布的规律；如果曝光
时间足够长，底片上就出现如同强光短时间曝光一样的规则的干涉条
纹．在干涉条纹中光波强大的地方，也就是光子到达机会多的地方．所
以，从这种意义上，可以把光的波动性看作表明光子运动规律的一种
概率波．
11．A、B两种光子的能量之比为21，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EA、EB.求A、
B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．
答案：21 EA－2EB

解析：光子能量ε＝hν，动量p＝hλ，且ν＝cλ
1

得p＝εc，则pApB＝21.
A照射时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0.
同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.
12．在实验室的一个密闭暗箱内，依次放置小灯泡(紧靠暗箱左
壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱右壁)，如图所
示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经多次曝光，
感光胶片上“针尖造影”的周围，才出现非常清晰的衍射条纹．测量
结果表明，每秒到达胶片的“光能量”为5×10－13 J．已知有效光波
波长为500 nm，暗箱长度为1.2 m，设光子依次通过狭缝，普朗克常
数为6.63×10－34 J·s，求：

(1)每秒到达胶片的光子数．
(2)光束中“两相邻光子”先、后到达胶片的时间及其平均距离．
(3)第(2)问的结果，能否支持光是“概率波”？请简要说明理由．
答案：(1)1.26×106(个) (2)8.0×10－7 s 2.4×102 m
(3)见解析
解析：(1)设每秒到达胶片的“光能量”、光子的能量分别为E0、
E，则依据已知条件、光子说等可得每秒到达胶片的光子数n＝E0/E
＝E0/hν＝E0λ/hc
代入已知数据，可得n＝1.26×106(个)．
(2)所谓光子“依次”到达胶片，即光子一个一个地通过狭缝．已
知暗箱长度L＝1.2 m，则光束中两相邻光子先后到达胶片的时间Δt

＝1n＝8.0×10－7 s.
1

两相邻光子的平均距离Δs＝c·Δt＝2.4×102 m
(3)分析第(2)问的结果，Δs≫L，可知在熏黑的玻璃“右侧”不可
能同时有两个运动的光子，表明衍射条纹绝不是光子相互作用产生
的，而是不同时刻到达胶片的许多光子、各自独立作用的积累效果．在
胶片的衍射明纹、暗纹区，则分别表明光子到达该处的“机会”较大、
较小，即光是一种“概率波”．