当前位置：首页 > 高中物理第十七章波粒二象性粒子的波动性自主训练新人教选修
3 粒子的波动性
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1.下列哪组现象能说明光具有波粒二象性（ ）
A.光的色散和光的干涉 B.光的干涉和光的衍射 C.光的反射和光电效应 D.泊松亮斑和光电效应
思路解析：光的色散、光的反射可从波动性与粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误.光的干涉、衍射现象只说明了光的波动性，B选项错误.泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明具有粒子性，故D选项正确. 答案：D
2.对光的认识，下列说法正确的是（ ）
A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
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，光表现出粒子时，就不再具有波动性
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得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显
思路解析：本题考查的是光的波粒二象性，光是一种概率波，少量光子的行为往往易显出粒子性，而大量光子的行为往往显示出其波动性，A选项正确.光的波动性不是由于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. 答案：ABD
3.下列说法正确的是（ ）
A.光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的 B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论
C.光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E=hν中，ν（频率）就是波的特征量 D.光波不同于宏观观念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
思路解析：光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种概率波，可以用波动规律来解释，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，因而A错而D对.在光的波粒二象性中，光子能量E=hν中，ν表示了波的特征，因而并没有否定麦克斯韦的电磁说，B错C对. 答案：CD
4.对于光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ） A.一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B.光子与电子是同一种粒子，光波与机械波是同样一种波 C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D.光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子的能量E=hν中，频率ν仍表示的是波的特性
思路解析：根据波粒二象性，光同时具有波动性和粒子性，A选项错误.不同于宏观观念的粒子和波，故B选项错误.光的波动性是光子本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的，C选项错误.光子的能量与其对应的能量成正比，而频率是反映波动特征的物理量，因此E=hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系，光子说并未否定电磁说，故D选项正确. 答案：D
5.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
1
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
思路解析：由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，故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“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. 答案：CD
6.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（ ） A.光子的最大初动能不变 B.光电子的最大初动能减少 C.单位时间内产生的光电子数减少 D.可能不发生光电效应
思路解析：最大初动能Ek=hν-W（W为逸出功）知，Ek仅与单色光频率相关，故A项正确，B项错误. 照射光光强减弱，即单位时间内光子数减少，因而打出的光子也减少，故C项正确. 只要照射光频率大于极限频率，就一定发生光电效应，D项错误. 答案：AC
7.试估算质量为1 000 kg的汽车以10 m/s运动时的德布罗意波.
4
思路解析：汽车运动时的动量p=mv=1 000×10 kg·m/s=10 kg·m/s
h6.63?10?34-38
根据德布罗意波波长计算公式有：λ=?m=6.63×10 m. 4p10答案：6.63×10 m
8.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.以上都不正确
思路解析：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：B
9.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同速度的情况下，质子显微镜的最高分辨率将（ ）
A.小于0.2 nm B.大于0.2 nm
C.等于0.2 nm D.以上说法均不正确
思路解析：电子显微镜是以利用电子的波动性为工作原理，其分辨率与电子的德布罗意波波长成反比，物质波的波长与实物粒子的动量有关，即λ=
-38
h.在同样速度的情况下，由于质子的质量大，故其物质波波p长短，质子显微镜的分辨率要高于电子显微镜的分辨率. 答案：A
我综合 我发展
10.下列叙述正确的是（ ）
A.在其他条件相同时，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，它们将严格按照相同的轨道方向做极有规则的匀速直线运动
思路解析：因为光是一种电磁波，光的频率越高.波长越短，发生干涉、衍射的条件越不易满足，故不易看到衍射现象，A错.频率越高的光，波长越短，其波动性越弱，而粒子性越强；相反，频率越低的光，波长越长，其波动性越强，粒子性越弱，故B正确.由双缝干涉实验结论知，C是正确的.若让光子一个一个地通过狭缝，则点的分布是无规则的，说明光子的运动跟我们宏观假设的质点运动不同，没有一定的轨道，所以D错，故正确选项为B、C 答案：BC
2
11.关于光的波粒二象性，正确的说法是（ ） A.光的频率愈高，光子的能量愈大，粒子性愈显著 B.光的波长愈长，光子的能量愈小，波动性愈明显
C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
思路解析：干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此任何光都具有波粒二象性，但波长越长，频率越低的光波，干涉和衍射愈容易发生，波动性越显著；频率越高，光子的能量越大，愈容易发生光电效应，粒子性愈显著，故选项A、B正确，选项C错误.让光子一个一个地通过双缝，曝光时间短时，底片上呈现不规则分布的点子，当时间长时，底片上呈现清晰的干涉条纹，这个实验表明，个别光子的行为显示粒子性，大量光子产生的效果显示波动性，故选项D正确. 答案：ABD
-10
12.金属晶体中晶格大小的数量级为10 m，电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图象，则这个加速电场的电压约为多少？
思路解析：当电子运动的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射图样，由此，可以估算加速电场的电压.
设加速电场的电压为U，则电子加速动能Ek=eU，而电子的动量p=2Ekme 电子的德布罗意波长λ=
h?ph2Ekme
h2(6.63?10?34)22
加速电压U=2 V=1.5×10 V. ??102?19?312?eme2?(10)?1.6?10?9.1?10答案：1.5×10 V
2
13.爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E=mc，其中c为光在真空中的速
14
度.计算频率为ν=5×10Hz?光子具有的动量是多少?若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长λe是多少？
2
思路解析：根据光子说，光子的能量E=hν=mc，故得动量
2
hv6.63?10?34?5?1014-27
?p=mc=kg·m/s=1.1×10 kg·m/s. 8c3?10设电子质量为me，速度为ve，动量为pe，则pe=meve
依题pe=p
pep1.1?10?273
则电子的速度大小为v= m/s=1.2×10 m/s. ???31meme9.1?10h6.63?10?34该电子物质波的波长为λe=?m=6.0×10-7 m. ?27pe1.0?10答案：1.1×10 kg·m/s 1.2×10 m/s 6.0×10 m
14.光具有波粒二象性，光子的能量E=hν，其中频率表征波的特征，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的关系为：p=
-7-27
3
-7
h.若某激光管以PW=60 W的功率发射波?长λ=6.63×10 m的光束，试根据上述理论计算： （1）激光管在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，那么该黑板表面所受到光束对它的作用力F为多大? 思路解析：(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每一个光子的能量E=hν，则PW=
nhv,?t3
又ν=
P?t?c，则n=W，将Δt=1 s代入上式，得：
hc?PW?60?663?10?920
?n==2.0×10 个. ?348hc6.63?10?3?10（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pnh总=np=?
据动量定理可知FΔt=p总 黑体表面对光子束的作用力为F=
p总?t?nhv?t?v?PWc=2.0×10-7
N. 又据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力为F′=F=2.0×10-7
N.
答案：（1）2.0×1020个 （2）2.0×10-7
N
4
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