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20世纪20年代,剑桥大学学生G·泰勒做了一个实验,在一个密闭的箱子里放上小灯泡...

20世纪20年代,剑桥大学学生泰勒做了一个实验,在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片,整个装置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,经过三个月的曝光,在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹.泰勒对这照片的平均黑度进行测量,得出每秒到达底片的能量是.已知光速

1)假如起作用的光波波长约为500nm,计算从一个光子到来和下一光子到来所相隔的平均时间,及光束中两邻近光子之间的平均距离;

2)如果当时实验用的箱子长1.2m,根据(1)的计算结果,能否找到支持光是概率波的证据?

 

(1); 240m(2)见解析 【解析】 (1)的光子能量为 因每秒到达底片的光子数为 个个 如光子是依次到达底片的,则光束中相邻两光子到达底片的时间隔是 两相邻光子间平均距离为 . (2)由(1)的计算结果可知,两光子间距有240m,而箱子长只有1.2m,所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动.这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性.因此,衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果,在衍射条纹的亮区是光子到达概率较大的区域,而暗区是光子到达概率较小的区域.这个实验支持了光波是概率波的观点.  
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1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念,任何个运动着的物体,小到电子,大到行星、恒星都有一种波与之对应,波长p为物体运动的动量,h是普朗克常量.同样光也具有粒子性,光子的动量.根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个光子,会发生下列情况:设光子频率为,则,被静止的自由电子吸收后有.由以上两式可解得,电子的速度为两倍光速,显然这是不可能的.关于上述过程以下说法正确的是(   

A.因为在微观世界中动量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子可能完全吸收一个光子

B.因为在微观世界中能量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子可能完全吸收一个光子

C.动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律,所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个光子

D.光子与一个静止的自由电子发生作用,则光子被电子散射后频率不变

 

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光通过单缝所发生的现象,用位置和动量的不确定关系的观点加以解释,正确的是( )

A.单缝越宽,光沿直线传播,是因为单缝越宽,位置不确定量Δx越大,动量不确定量Δp越大的缘故

B.单缝越宽,光沿直线传播,是因为单缝越宽,位置不确定量Δx越大,动量不确定量Δp越小的缘故

C.单缝越窄,中央亮纹越宽,是因为单缝越窄,位置不确定量Δx越小,动量不确定量Δp越小的缘故

D.单缝越窄,中央亮纹越宽,是因为单缝越窄,位置不确定量Δx越小,动量不确定量Δp越大的缘故

 

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物理学家做了一个有趣的实验: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.曝光时间不长时,底片上只能出现不规则的点子,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

 

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在单缝衍射实验中,若单缝宽度是,那么光子经过单缝发生衍射,动量不确定量是多少?(普朗克常量

 

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下列说法中正确的是( )

A.宏观物体的动量和位置可准确测定

B.微观粒子的动量和位置可准确测定

C.微观粒子的动量和位置不可同时准确测定

D.宏观物体的动量和位置不可同时准确测定

 

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