在实验室做了一个这样的光学实验,即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡(紧靠暗箱的左内壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱的右内壁),整个装置如图所示

在实验室做了一个这样的光学实验,即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡(紧靠暗箱的左内壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱的右内壁),整个装置如图所示

题型:0114 期中题难度:来源:

在实验室做了一个这样的光学实验,即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡(紧靠暗箱的左内壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱的右内壁),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,在感光胶片上针头影子周围才出现非常清晰的衍射条纹。对感光胶片进行了光能量测量,得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10-13J。假如起作用的光波波长约为500 nm,且当时实验测得暗箱的长度为1.2 m,若光子依次通过狭缝,普朗克常量h=6.63×10-34J·s.求:
(1)每秒钟到达感光胶片的光子数;
(2)光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离;
(3)根据第(2)问的计算结果,能否找到支持光是概率波的证据?请简要说明理由。


答案
解:(1)设每秒到达感光胶片的光能量为E0,对于=500 nm的光子能量为E=h
因此每秒达到感光胶片的光子数为n=E0/E  ②
由①、②式及代入数据得n=1.25×106个 ③
(2)光子是依次到达感光胶片的,光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔
相邻两光子间的平均距离为s=c=2.4×102 m
(3)由第(2)问的计算结果可知,两光子间距有2.4×102 m,而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2 m,所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动,这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性。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可能性较大的区域,而暗区是光子到达可能性较小的区域。这个实验支持了光波是概率波的观点。
举一反三
根据爱因斯坦光子说,光子能量E等于(h为普朗克常量,c、λ为真空中的光速和波长) [     ]
A.
B.
C.
D.
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不定项选择下列叙述中不符合物理学史的是(   )A.麦克斯韦提出了光的电磁说
B.爱因斯坦为解释光的干涉现象提出了光子说
C.汤姆生发现了电子,并首先提出原子的核式结构模型
D.贝克勒尔通过对天然放射性的研究,发现了放射性元素钋(Pa)和镭(Ra)
E.卢瑟福的α粒子散射实验可以用来估算原子核半径和原子的核电荷数
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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光电子
B.光子说中的光子就是光电效应中的光子
C.在空间传播中的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子
D.光子的能量跟光的频率成正比
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下列利用光子说对光电效应的解释正确的是[     ]
A.金属表面的一个电子只能吸收一个光子
B.吸收光子后一定能从金属表面逸出,成为光电子
C.金属表面的一个电子吸收若干个光子,积累了足够的能量才能从金属表面逸出
D.无论光子能量大小如何,电子吸收光子并累积能量后,总能逸出成为光电子
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硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。若有N个频率为v的光子打在硅光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量) [     ]
A.hv
B.
C.Nhv
D. 2Nhv
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