2021-2022学年粤教版(2019)选择性必修第三册
4.3光的波粒二象性 达标练习(解析版)
1.下列说法正确的是( )
A.衰变成要经过4次衰变和2次衰变
B.核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程式为可以判断为质子
C.玻尔理论的假设是原子能量的量子化和轨道量子化
D.康普顿效应说明光具有粒子性,电子的衍射实验说明实物粒子只具有粒子性
2.关于近代物理内容的叙述正确的是( )
A.射线与射线一样是电磁波,但穿透本领比射线强
B.光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性,前者表明光子具有能量,后者表明光子既具有能量,也具有动量
C.某原子核经过一次衰变和两次衰变后,核内中子数减少6个
D.氡的半衰期为天,4个氡原子核经过天后就一定只剩下1个氡原子核
3.关于近代物理研究,下列说法正确的有( )
A.汤姆孙发现组成阴极射线的粒子是α粒子
B.光电效应实验中,光强越强,光电子动能越大
C.普朗克假设微观粒子的能量是量子化的,解释了黑体辐射现象
D.一个光子与一个静止的电子碰撞而散射,其频率不会发生改变
4.下列说法正确的是( )
A.一束正在传播的光,有的光是波,有的光是粒子,具有波粒二象性
B.光电效应、康普顿效应、光的衍射都证明光具有粒子性
C.卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了原子核内部存在中子
D.真空中波长为的光,每个光子的能量为
5.以下说法正确的是( )
A.黑体辐射的强度与频率的关系:随着温度的升高,各种频率的辐射强度都增加,辐射强度极大值向频率较低的方向移动
B.结合能越大,原子核结构一定越稳定
C.光子不仅具有能量,而且也具有动量
D.不同频率的光照射处于基态的氢原子时都可以被氢原子吸收
6.下列关于原子核的说法中正确的是
A.结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
B.人类关于原子核内部的信息,最早来自天然放射性现象
C.康普顿效应说明了光具有动量和能量,证明了光的波动性
D.核力存在于原子核内的所有核子之间
7.下列说法正确的是( )
A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B.康普顿在研究石墨对ⅹ射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大
C.波尔首先把能量子引入物理学,正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
D.由可知,在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气,几天后将有氧气生成
8.根据量子理论:光子既有能量也有动量;光子的能量E和动量p之间的关系是E=pc,其中c为光速.由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量,也就对物体产生了一定的压强.根据动量定理可近似认为:当动量为p的光子垂直照到物体表面,若被物体反射,则物体受到的冲量大小为2p;若被物体吸收,则物体受到的冲量大小为p.某激光器发出激光束的功率为P0,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射到某物体表面时,物体对该激光的反光率为η,则激光束对此物体产生的压强为
A. B.
C. D.
9.下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有( )
①X射线被石墨散射后部分波长增大
②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出
③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转
④氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状光谱
A.①② B.①②③ C.②③ D.②③④
10.下列关于物理学发展史的说法,正确的是( )
A.居里夫人首先发现了天然放射现象,揭示了原子核具有复杂结构
B.戴维孙与G-P汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验,从而证实了电子的波动性
C.康普顿效应只表明光子具有能量
D.玻尔原子模型能很好地解释所有原子光谱的实验规律
11.下列说法正确的是( )
A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说
B.康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大
C.由可知,在密闭容器中混合存放一定比例的氦气和N2,几天后将有O2生成
D.由可知,用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核将分解为一个质子和一个中子
12.说明光具有粒子性的现象是( )
A.光电效应 B.光的干涉
C.光的衍射 D.康普顿效应
13.下述实验或现象中,能够说明光具有粒子性的是( )
A.光电效应 B.天然放射现象 C.原子的线状光谱 D.康普顿效应
14.以下说法符合物理学史的是( )
A.普朗克引入能量子的概念,得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得非常好,并由此开创了物理学的新纪元
B.康普顿效应表明光子具有能量
C.德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子,认为实物粒子也具有波动性
D.汤姆逊通过α粒子散射实验,提出了原子具有核式结构
E. 卢瑟福利用α粒子轰击氮核发现了质子,并预言了中子的存在
15.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应:E=m,其中c为真空中光速.
(1)已知某单色光的频率为v,波长为λ,该单色光光子的能量E=hv,其中h为普朗克常量.试借用质子、电子等粒子动量的定义:动量=质量×速度,推导该单色光光子的动量p=.
(2)光照射到物体表面时,如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样,将产生持续均匀的压力,这种压力会对物体表面产生压强,这就是“光压”,用I表示.
一台发光功率为的激光器发出一束某频率的激光,光束的横截面积为S.如图所示,真空中,有一被固定的“∞”字形装置,其中左边是圆形黑色的大纸片,右边是与左边大小、质量均相同的圆形白色大纸片.
①当该激光束垂直照射到黑色纸片中心上,假设光全部被黑纸片吸收,试写出该激光在黑色纸片的表面产生的光压的表达式.
②当该激光束垂直坪射到白色纸片中心上,假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为η,其余的入射光被白纸片吸收,试写出该激光在白色纸片的光压的表达式.
16.物理学中有一个非常有趣的现象:研究微观世界的粒子物理、量子理论,与研究宇宙的理论竟然相互沟通,相互支撑。目前地球上消耗的能量,追根溯源,绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。
(1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为c,到达地球需要的时间为t,在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为E0。请你求出太阳辐射的总功率P的表达式;
(2)根据量子理论可知,光子既有能量也有动量,光子的动量,其中h为普朗克常量,λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时,如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样,会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化,我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收,到达地球的所有光子能量均为4×10-19J,每秒钟照射到地球的光子数为4.5×1035。已知真空中光速,太阳对地球的万有引力大小约为3.5×1022N。请你结合以上数据分析说明,我们在研究地球围绕太阳公转时,是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响;(结果保留一位有效数字)
(3)在长期演化过程中,太阳内部的核反应过程非常复杂,我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳辐射的总功率,太阳质量(其中氢约占70%),氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%。请你估算如果现有氢中的10%发生聚变大约需要多少年。(结果保留一位有效数字,1年按3×107s计算)
参考答案
1.C
【解析】
【详解】
A、因为衰变时质量数不变,所以衰变的次数,在衰变的过程中电荷数总共少6×2=12,则衰变的次数,故选项A错误;
B、核反应方程式为 ,可以根据质量数和电荷数守恒判断为粒子,故选项B错误;
C、玻尔理论的假设是提出了轨道量子化和能量量子化,故选项C正确;
D、康普顿效应说明光具有粒子性,电子的衍射说明实物粒子具有波动性,故选项D错误.
2.B
【解析】
γ射线是电磁波,β射线不是电磁波,β射线穿透本领比γ射线弱,选项A错误;光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性,前者表明光子具有能量,后者表明光子既具有能量,也具有动量,选项B正确;某原子核经过一次衰变核内中子数减小2,两次衰变后,核内中子数减少2个,则核内中子数减少4个,选项C错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数原子核不适用,则选项D错误;故选B.
3.C
【详解】
阴极射线粒子是电子,选项A错误.光电效应中光强影响光电子数量,光的频率影响光电子的最大初动能,选项B错误.普朗克假设微观粒子的能量是量子化的,解释了黑体辐射现象,选项C正确;根据康普顿效应,光子与电子碰撞后散射,其能量减小,频率发生改变.故D错误;故选C.
4.D
【解析】
所以的光都具有波粒二象性,光同时具有波和粒子的特性,故A错误;光电效应、康普顿效应都证明光具有粒子性,光的衍射证明了光的波动性,故B错误;卢瑟福通过粒子散射实验,证实了原子是由原子核和核外电子组成的,而不能说明证实了原子核内存在中子,故C错误;真空中波长为的光,每个光子的能量为,故D正确.所以D正确,ABC错误.
5.C
【解析】
【详解】
随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动,故A错误;比结合能越大,原子核结构一定越稳定,故B错误;康普顿效应深入地揭示了光的粒子性,遵守能量守恒和动量守恒,它表明光子不仅具有能量而且具有动量,故C正确;当吸收的光子能量等于两能级间的能级差,才能被氢原子吸收,所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,故D错误.所以C正确,ABD错误.
6.B
【解析】
【详解】
比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,选项A错误;人类关于原子核内部的信息,最早来自天然放射性现象,选项B正确;康普顿效应说明了光具有动量和能量,证明了光的粒子性,选项C错误;核力是强相互作用的一种表现,只有邻近核子之间才存在核力作用,故D错误。
故选B.
7.B
【解析】A项:光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象,选项A错误;
B项:康普顿在研究石墨对ⅹ射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大,有些散射波的波长与入射波的波长相等,故B正确;
C项:普朗克首先把能量子引入物理学,正确地破除了“能量连续变化”的传统观念,故C错误;
D项:卢瑟福发现质子的核反应是用高速粒子作为“炮弹”轰击氮核,故D错误。
8.B
【详解】
时间t内释放光子的能量:E总=P0t=P0t,光子的总动量:p==,根据题意,由动量定理得:2ηp+(1–η)p=Ft,激光束对物体产生的压强:p=,解得压强为:p=,故选项B正确.
9.A
【详解】
①为康普顿散射,②为光电效应,康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性; ③为α粒子散射,不是光子,揭示了原子的核式结构模型.④为光的折射,揭示了氢原子能级的不连续;故深入地揭示了光的粒子性一面的有①②,故选A.
【点睛】
本题考查的知识点较多,在平时学习中要多注意积累一些特殊的光学现象,尤其是课本上涉及到的图片,更要认真理解现象的原理.
10.B
【详解】
A.贝克勒尔首先发现了天然放射现象,A错误;
B.戴维孙与G-P汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验,从而证实了电子的波动性,B正确;
C.康普顿效应表明光子具有能量和动量,C错误;
D.玻尔原子模型不能很好地解释所有原子光谱的实验规律,D错误。
故选B。
11.B
【解析】爱因斯坦在对光电效应的研究中,提出了光子说:光子是一份一份的,每一份能量为hγ,故A错误;康普顿研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长λ比入射波的波长λ0略大,说明光除了具有能量还具有动量。故B正确。方程是人工核反应方程,不能自然发生,故C错误;用光子照射静止的氘核时,由于光子有一定的动量,氘核分解为一个质子和一个中子后,质子与中子都有一定的动量,所以它们的总动能大于0,所以若氘核分解为一个质子和一个中子,则需要的光子的能量一定大于2.2MeV,故D错误;故选B。
12.AD
【详解】
AD.光电效应、康普顿效应体现了光的粒子性,故AD符合题意;
BC.光的干涉、衍射说明光具有波动性,故BC不符合题意。
故选AD。
13.AD
【详解】
AD.光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性,选项AD正确;
BC.天然放射现象以及原子的线状光谱不能说明光具有粒子性,选项BC错误。
故选AD。
14.ACE
【解析】
【详解】
A项:普朗克引入能量子的概念,得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得非常好,并由此开创了物理学的新纪元,故A正确;
B项:康普顿效不仅表明了光子具有能量,还表明了光子具有动量,故B错误;
C项:德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子,认为实物粒子也具有波动性,故C正确;
D、E项:卢瑟福利用α粒子轰击氮核发现了质子,并预言了中子的存在,提出了原子具有核式结构,故D错误,E正确。
故选:ACE。
15.(1)见解析;(2)==
【分析】
(1)根据能量与质量的关系,结合光子能量与频率的关系以及动量的表达式推导单色光光子的动量.
(2)根据一小段时间△t内激光器发射的光子数,结合动量定理求出其在物体表面引起的光压的表达式.
【详解】
(1)光子的能量为 E=mc2
根据光子说有 E=hν=
光子的动量 p=mc可得 .
(2)①一小段时间△t内激光器发射的光子数
光照射物体表面,由动量定理得-F△t=0-np
产生的光压 I1=
解得
②假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为η,这些光对物体产生的压力为F1,(1-η)被黑纸片吸收,对物体产生的压力为F2.
根据动量定理得
-F1△t=0-(1-η)np
-F2△t=-ηnp-ηnp
产生的光压
联立解得
【点睛】
本题要抓住光子的能量与动量区别与联系,掌握动量定理的应用,注意建立正确的模型是解题的关键.
16.(1);(2)不需要;(3)
【详解】
(1)日地间距离
距太阳中心为r的球面面积
太阳辐射的总功率
(2)每个光子能量
每个光子动量
光照射到地球表面被吸收时,由动量定理有
代入数据可得,太阳光照射到地球表面产生的光压力
F光=6×108N
光压力与万有引力之比
由此可知,光压力远小于太阳对地球的万有引力,我们在研究地球围绕太阳公转时,不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。
(3)根据可知,每秒中太阳因核聚变亏损的质量
现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为
需要的时间