2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册 6.2实物粒子的波粒二象性 同步练习（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
6.2实物粒子的波粒二象性 同步练习（解析版）
1．关于物质的波粒二象性，下列说法错误的是（　　）
A．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显
B．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
C．光电效应现象揭示了光的粒子性
D．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
2．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长相等
C．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
D．钋是氡的衰变产物之一，故钋的比结合能大于氡的比结合能
3．下列有关波粒二象性的说法中，正确的是（　　）
A．大量光子的行为往往表现出光的粒子性
B．光电效应现象说明了光具有波粒二象性
C．康普顿效应现象说明光具有粒子性
D．实物粒子不具有波粒二象性
4．已知普朗克常量，电子的质量为，一个电子和一滴直径约为的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示为各种波动现象所形成的图样，下列说法正确的是（　　）
A．甲为光的圆盘衍射图样
B．乙为光的薄膜干涉图样
C．丙为光的圆盘衍射图样
D．丁为电子束穿过铝箔后的衍射图样
6．如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，根据此图判定错误的是（　　）
A．Hα对应的原子前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的传播速度最大
C．光子的动量最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能产生光电效应
7．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象。技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国。在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是（　　）
A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础
D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
8．以下说法正确的是（　　）
A．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体
B．光波是一种概率波，但一个光子通过狭缝后，具体落在哪一点，还是可以确定的
C．光电效应证明了光具有粒子性，康普顿效应则证明了光具有波动性
D．玻尔认为，电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，轨道半径是连续的，可以取任意值
9．物理现象与历史人物之间总有着密切的关系，下列说法中正确的是（　　）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应揭示了光的波动性
C．光电效应现象说明光具有粒子性
D．在光的双缝干涉实验中，狭缝变窄，在光的亮度不变的情况下，明暗条纹间的距离变宽
10．COVID-19引起的肺炎病人在进行CT诊断时，肺部影像呈白色（“白肺”），其物理原理是利用X射线穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图像。X射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的密度等因素有关。密度越小，吸收X射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气等。密度越大，吸收X射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等。X射线被物质的吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应。依据以上信息，下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应说明光具有波动性
B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性
C．光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大
D．X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性
11．已知光速为，普朗克常量为，现用频率为的光垂直照射平面镜，光全部被平面镜垂直反射回去，则（　　）
A．光子动量为 B．光子能量为
C．平面镜对光反射前后，光子动量的变化量为 D．平面镜对一个光子的冲量为
12．下列说法正确的是（　　）
A．普朗克最先提出了能量子概念
B．康普顿效应揭示了光的波动性
C．德布罗意通过实验发现电子也具有波动性
D．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱实验规律
13．波粒二象性是微观世界的基本特征。下列对波粒二象性的实验及说法正确的是（　　）
A．光的衍射（图甲）揭示了光具有波动性
B．光电效应（图乙）揭示了光的粒子性，同时表明光子具有能量
C．康普顿效应（图丙）揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样（图丁），证实了电子的波动性，但质子、中子及原子、分子均没有波动性
14．电子和光子均是自然界的基本粒子。当光子被电子散射时，如果电子具备足够大的动能，则散射光子的频率会大于入射光的频率，称为逆康普顿散射或逆康普顿效应。关于该效应，下列说法中正确的是（　　）
A．该效应说明光子和电子一样，具有粒子性
B．相较于入射光子，散射光子的波长更长
C．与入射光子发生作用后，电子的动能减小
D．由于散射光子的能量大于入射光子的能量，故该效应否定了能量量子化的观点
15．从古代光的微粒说到光的波动说，从光的电磁理论到光子理论，人类对光的认识构成了一部科学史诗，现在我们认为：光具有波粒二象性。下列能体现光的粒子性的现象是（　　）
A．光的干涉 B．光的衍射 C．光电效应 D．康普顿效应
16．已如某种紫光的波长是440nm。若将电子加速，使它的物质波波长是这种紫光波长的。
(1)求电子的动量大小。
(2)已知电子质量，电子电荷量，普朗克常量，试推导加速电压跟物质波波长的关系，并计算加速电压的大小。（结果保留1位有效数字）
17．有人设想在太空中利用太阳帆船进行星际旅行。利用太空中阻力很小的特点，制作一个面积足够大的帆接收太阳光，利用光压（光对被照射物体单位面积上所施加的压力）推动太阳帆船前进。假设在太空中某位置，太阳光在单位时间内垂直通过单位面积的能量为，太阳光波长的数值为，光速为c，太阳帆板的面积为A，太阳帆船的总质量为M，太阳光照射到太阳帆板上的反射率为百会之百，求太阳光的光压作用在太阳帆船上产生的最大加速度。根据上述对太阳帆船的了解及所学过的知识。请简单说明太阳帆船设想的可能性及困难（至少两条）。
18．我国科学家因中微子项目研究获得2016年基础物理学突破奖。中微子是一种静止质量很小的不带电粒子，科学家在1953年找到了中微子存在的直接证据：把含氢物质置于预计有很强反中微子流（反中微子用表示）的反应堆内，将会发生如下反应：＋ H→n＋e，实验找到了与此反应相符的中子和正电子。
（1）若反中微子的能量是E0，则反中微子的质量＝________，该物质波的频率＝________。（普朗克常量为h，真空中光速为c）
（2）在＋H→n＋e反应过程中，
①若质子认为是静止的，测得正电子的动量为p1，中子的动量为p2，p1、p2方向相同，求反中微子的动量p=_______；
②若质子的质量为m1，中子的质量为m2，电子的质量为m3，m2＞m1。要实现上述反应，反中微子的能量至少是______。（真空中光速为c）
参考答案
1．B
【详解】
A．根据
可得光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显，故A正确；
B．“物质波”假说，认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性，故B错误；
C．光电效应现象揭示了光具有粒子性，故C正确；
D．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性，故D正确。
本题选错误项，故选B。
2．D
【详解】
A．光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，康普顿效应揭示了光子还具有动量，故选项A错误；
B．根据
可知，动能相等的质子和电子，由于质量不等，因此动量也不等，根据德布罗意波长公式
可知，质子和电子的德布罗意波长不相等，故选项B错误；
C．氢原子从能级跃迁至时辐射的光子能量大于从跃迁至辐射的光子能量，故选项C错误；
D．衰变产物新核更稳定，比结合能更大，故选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子或少数光子的运动表现出光的粒子性，故A错误；
B．光电效应说明光具有粒子性，故B错误；
C．康普顿效应现象说明光具有粒子性，故C正确；
D．宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】
根据德布罗意波长公式
解得
由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有
代入数据解得
所以C正确；ABD错误；
故选C。
5．D
【详解】
A．圆盘衍射图样特征为，中央为含一个亮斑的图形阴影，外部环绕着宽度越来越小的亮环，A错误；
B．中央为含一个亮斑的图形阴影，外部环绕着宽度越来越小的亮环，为圆盘衍射图样，B错误；
C．阴影部分中央没有亮斑，故不是圆盘衍射图样，C错误；
D．电子穿过铝箔时的衍射图样特征是，中央是一个较大的亮斑，条纹宽度不等，相邻条纹间距不变，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．由题图可知，Hα对应的光波波长最大，频率最小，能量最小，因此能级差最小，A正确，不符合题意；
B．Hα频率最小，折射率最小，由可知，因此在同一介质对Hα的传播速度最大，B正确，不符合题意；
C．对应光的波长最小，根据德布罗意波长可知则动量最大，C正确，不符合题意；
D．Hγ对应光的频率比Hβ对应光的频率大，因此用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属不一定能产生光电效应，D错误，符合题意。
故选D。
7．C
【详解】
A．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，所以A错误；
B．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，所以B错误；
C．弗兰克和赫兹利用电子轰击汞原子，获得了除光谱测量外用其他方法证实原子中分立能级存在的途径，为能够证明原子能量的量子化现象提供了实验基础，所以C正确；
D．德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，所以D错误；
故选C。
8．A
【详解】
A．由黑体的定义可知，如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，A正确；
B．光波是一种概率波，一个光子通过狭缝后，落在各点的概率是不一样的；B错误；
C．光电效应和康普顿效应都证明了光具有粒子性，C错误；
D．玻尔认为电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，但电子的轨道是量子化的，即不是连续的，D错误。
故选A。
9．ACD
【详解】
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程，故A正确；
B．康普顿效应表明光子既具有能量，也具有动量，揭示了光的粒子性，故B错误；
C．光电效应现象中，光子能够打出电子，说明光具有粒子性，故C正确；
D．在光的双缝干涉实验中，根据
可知若狭缝变窄，在光的亮度不变的情况下，明暗条纹间的距离变宽，故D正确。
故选ACD。
10．BCD
【详解】
A．光电效应说明光具有粒子性，A错误；
B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性，B正确；
C．据光电效应方程
可知，光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大，C正确；
D．由
可知，X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子由于能量减小，故波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性，D正确。
故选BCD。
11．BCD
【详解】
A．光子的动量为，A错误；
B．光子的能量为，B正确；
CD．根据动量定理，平面镜对一个光子的冲量为
CD正确。
故选BCD。
12．AD
【详解】
A．普朗克为了解释黑体辐射现象最先提出了能量子概念。故A正确；
B．康普顿效应揭示了光的粒子性。故B错误；
C．德布罗意提出实物粒子也具有波动性的假设。故C错误；
D．玻尔将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱实验规律。故D正确。
故选AD。
13．ABC
【详解】
A．光的衍射（图甲）揭示了光具有波动性，A正确；
B．光电效应（图乙）揭示了光的粒子性，同时表明光子具有能量，B正确；
C. 康普顿效应（图丙）揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量，C正确；
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样（图丁），证实了电子的波动性，实物粒子都具有波动性，质子、中子及原子、分子均有波动性，D错误。
故选ABC。
14．AC
【详解】
A．因为能发生逆康普顿散射或逆康普顿效应，就说明具有粒子性，A正确；
B．因为散射光子的频率大于入射光的频率，根据波长与频率的关系，可得相较于入射光子，散射光子的波长更短，B错误；
C．根据公式
可知，散射光子的能量增大，又因为光子和电子的能量守恒，则电子的动能减小，C正确；
D．由于散射光子的能量大于入射光子的能量，但该效应还是遵循能量量子化的观点，D错误。
故选AC。
15．CD
【详解】
光具有波粒二象性，光电效应和康普顿效应能体现光的粒子性的现象，光的干涉和光的衍射能体现光的波动性的现象。
故选CD。
16．(1)；(2)，
【详解】
(1)由物质波的波长公式可得，电子的动量大小为
(2)设加速电压为U，由动能定理得
电子的动量为
又
联立可得，加速电压跟物质波波长的关系为
代入数据可解得加速电压的大小为。
17．
【详解】
太空帆平面与太阳光的照射方向垂直时，光压最大，此时太空船产生的加速度最大．
t时间内垂直照射到太空帆上的光的总能量为
Em=AtE0
一个光子的能量为
t时间内垂直照射到太空帆上的光子个数为

一个光子的动量为

对t时间内垂直照射到太空帆上的N个光子（取光子飞向太空帆的速度方向为正方向）
-Ft=-NP-NP
对太空船
F=Ma
解得
从上述计算可知，利用光压推动太阳帆船前进，进行星际旅行，从理论上讲是可行的，并且同火箭和航天飞机迅速消耗完的燃料相比，太阳光是无限的动力之源，只要有阳光存在的地方，它会始终推动飞船前进．
困难：一是单位面积上的光压很小，为获得足够的动力，需要制造很轻很大太空帆，从制造到送入太空、在太空中展开，这些都存在困难；二是太空帆不仅会接收到太阳光，也会受到深空来自宇宙的带电粒子的干扰；三是利用光压改变飞船的飞行方向在技术上也存在一定的困难．四是飞船离开星球和靠近星球时要受到星球的引力作用，此时必须依靠飞船上携带的燃料提供动力才能完成任务；
18． p1+p2 (m2+m3-m1)c2
【详解】
(1)[1]利用质能方程
E＝mc2
可得反中微子质量为
[2]由E＝h可得该物质波的频率为
(2)[3]由动量守恒定律有
p=p1+p2
[4]由能量守恒定律结合质能方程知，反中微子的最小能量
Emin＝(m2+m3-m1)c2