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 达标作业(解析版)
1.关于近代物理,下列说法正确的是( )
A.卢瑟福由α粒子散射实验确立了原子有内部结构
B.氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
C.光电效应揭示了光的粒子性,康普顿效应揭示了光的波动性
D.基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后,可能发射3种频率的光子
2.下列说法正确的是
A.光电效应和康普顿效应揭示了光具有波粒二象性
B.牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物,能够用实验直接验证
C.英国物理学家汤姆孙发现了电子,否定了“原子不可再分”的观点
D.爱因斯坦首先把能量子的概念引入物理学,否定了“能量连续变化”的观点
3.下列说法中正确的是( )
A.射线的电离本领比射线弱
B.温度和压强对核反应的进行会产生影响
C.氢原子光谱分立性表明原子核具有复杂的结构
D.石墨对X射线散射时,X射线中产生了波长大于入射波长的成分。这一现象揭示了光的波动性
4.下列说法正确的是
A.β射线是由于原子核内的中子转化产生的
B.光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性
C.一个氘核的质量等于一个质子和一个中子的质量之和
D.钴60的半衰期为5.27年,则2个钴60原子核经过5.27年将一定有1个发生衰变
5.下列说法正确的是( )
A.所有的核反应都具有质量亏损
B.光子既具有能量,又具有动量
C.高速飞行的子弹不具有波动性
D.β衰变本质是原子核中一个质子释放一个电子而转变成一个中子
6.据报道,“墨子号”洲际量子密钥分发成果入选2018年度国际物理学十大进展.关于量子论的建立及其发展,以下说法正确的是( )
A.普朗克把能量子引入物理学,进一步完善了“能量连续变化”的传统观念
B.爱因斯坦的光电效应方程成功解释了光电效应现象,揭示光具有粒子性
C.密立根通过油滴实验证明了光电效应方程,测量了普朗克常量
D.康普顿效应表明光子只具有能量,但没有动量
7.下列说法中正确的是( )
A.光电效应实验中,只有入射光频率小于极限频率才能产生光电子
B.若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=
C.大量光子的效果往往表现出粒子性,个别光子的行为往往表现出波动性
D.在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电流
8.下列说法正确的是( )
A.汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况,判定其本质是带负电的粒子流,并最终发现了电子
B.爱因斯坦提出了能量量子化的概念
C.不确定关系告诉我们,微观物理学中,粒子的位置和动量测不准
D.康普顿效应说明光具有波动性
9.美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子进行照射照射后电子获得速度的同时,X光的运动方向也会发生相应的改变.下图是X射线的散射示意图,下列说法中正确的是( )
A.X光散射后与散射前相比,频率将会变小
B.X光散射后与散射前相比,波长将会变短
C.X光散射后与散射前相比,速度将会变小
D.散射实验为光的波动学说提供了有力证明
10.有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行,阳光恰好垂直照射在薄膜上,薄膜面积为S,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E,若探测器总质量为M,光速为c,普朗克常量为h,则探测器获得加速度大小的表达式是( )
A. B. C. D.
11.地球半径约为6400km,地球表面的大气随海拔高度增加而变薄,大气压强也随之减小到零,海拔100km的高度被定义为卡门线,为大气层与太空的分界线。有人设想给太空飞船安装“太阳帆”,用太阳光的“光子流”为飞船提供动力来实现星际旅行。已知在卡门线附近,一个正对太阳光、面积为1.0×106m2的平整光亮表面,受到光的压力约为9N;力虽小,但假设以同样材料做成面积为1.0×104m2的 “帆”安装在飞船上,若只在光压作用下,从卡门线附近出发,一个月后飞船的速度可达到2倍声速。设想实际中有一艘安装了“帆”(面积为1.0×104m2)的飞船,在卡门线上正对太阳光,下列说法正确的是( )
A.飞船无需其他动力,即可不断远离太阳
B.一年后,飞船的速度将达到24倍声速
C.与太阳中心的距离为日地间距离2倍时,“帆”上的压力约为2.25×10-2N
D.与太阳中心的距离为日地间距离2倍时,飞船的加速度为出发时的
12.关于物理学的发现和史实,下列说法正确的是( )
A.康普顿效应说明光具有粒子性
B.玻尔原子理论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,成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜想
D.爱因斯坦通过对阴极射线的研究发现了电子
13.关于康普顿效应,下列说法正确的是( )
A.康普顿在研究射线散射时,发现散射光的波长发生了变化,为波动说提供了依据
B.射线散射时,波长改变的多少与散射角有关
C.发生散射时,波长较短的射线或射线入射时,产生康普顿效应
D.爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应,所以康普顿效应支持粒子说
14.a、b两种单色光的光子能量之比,则a、b两种光( )
A.动量之比pa:pb=2:1
B.若都能使某种金属发生光电效应,则所产生的光电子最大初动能之比为EKa:EKb=2:1
C.入射到同一双缝干涉装置上,则干涉条纹间距之比为
D.从玻璃入射到空气中,两种光的临界角之比Ca:Cb=1:2
15.由阴极K发射的电子(质量为m,电量为e,设其初速度为零)经加速极A加速后垂直射向一开有两条平行狭缝的屏,电子自狭缝出射后打到一荧光屏上,如图所示。由于电子具有波动性,荧光屏将出现明暗相间的条纹。设加速极A与阴极K之间的电压为U,两平行狭缝间的距离为d,试问:
(1)在整个装置的轴线与荧光屏的交点О处,将出现暗条纹还是亮条纹?
(2)设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在θ角处,写出θ的表示式(以m,e,d,V及其他有关恒量表示)。
16.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。我们知道光子的能量,动量,其中为光的频率,h为普朗克常量,λ为光的波长。由于光子具有动量,当光照射到物体表面时,会对物体表面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P0的激光器发出一束频率为的激光,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,假设光全部被吸收(即光子的末动量变为0)。求:
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N;
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
参考答案
1.B
【解析】
【详解】
A.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,建立了原子的核式结构模型,故A错误;
B.根据玻尔理论可知,氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的,故B正确;
C.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,后者表明光子除了具有能量外还具有动量,故C错误;
D.基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=3激发态后,可能从n=3→1,也可能从n=3→2→1,最多发射2种频率的光子,故D错误.
2.C
【详解】
光电效应和康普顿效应揭示了光具有,粒子性,A错误;牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物,不能够用实验直接验证,B错误;英国物理学家汤姆孙发现了电子,否定了“原子不可再分”的观点,C正确;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,D错误.
3.B
【详解】
A.射线的电离本领比射线强,A错误;
B.核反应会受温度和压强的影响,B正确;
C.天然放射现象说明原子核具有复杂的结构,C错误;
D.康普顿效应揭示光的粒子性,D错误。
故选B。
4.A
【详解】
A、原子核内的中子转化为一个电子和一个质子产生了β射线,A对;
B、光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性,B错;
C、根据质能方程知道在核反应中存在着质量亏损,所以一个氘核的质量不等于一个质子和一个中子的质量之和,C错;
D、半衰期是统计规律,对单个或者少数是不成立的,D错
故本题答案选:A
5.B
【解析】
【详解】
A.由结合能图象可知,只有较重的原子核裂变成中等质量的原子核或较轻的原子核聚变为中等质量的原子核时才有能量释放,具有质量亏损,故A错误;
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,后者表明光子具有动量,故B正确;
C.无论是宏观粒子还是微观粒子,都同时具有粒子性和波动性,故C错误;
D.β衰变本质是原子核中一个中子释放一个电子而转变质子,故D错误。
故选B。
6.B
【详解】
A.普朗克把能量子引入物理学,正确破除了“能量连续变化”的传统观念,故A错误;
B.爱因斯坦提出光子说和光电效应方程,成功解释了光电效应的规律,光电效应显示了光的粒子性,故B正确;
C.密立根通过油滴实验测出了电子的电荷量,提出了电荷分布的量子化观点,为电子质量的最终获得做出了突出贡献,故C错误;
D.在康普顿效应中,散射光子的动量减小,根据德布罗意波长公式判断光子散射后波长的变化,康普顿效应进一步表明光子具有动量,体现光的粒子性,故D错误.
7.B
【详解】
光电效应实验中,只有入射光频率大于金属的极限频率才能发生光电效应,从而产生光电子,选项A错误;若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=,选项B正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,选项C错误;在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电子的最大初动能,不一定能增大光电流的大小,选项D错误;故选B.
8.A
【解析】
【详解】
A项:汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成,并测出了该粒子的比荷,最终发现了电子,故A正确;
B项:普朗克提出了能量量子化的概念,故B错误;
C项:根据不确定关系可知,在微观物理学中,不能同时准确地测得粒子的位置和动量,故C错误;
D项:康普顿效应说明光的粒子性,故D错误。
9.A
【解析】
在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据λ=h/p,知波长增大,频率减小,能量减小,光子的速度为c保持不变,选项A正确,BC错误;散射实验为光的粒子性学说提供了有力证明,选项D错误;故选A.
10.A
【详解】
光子垂直照射后全部反射,每秒在薄膜上产生的总能量为,结合单个光子的能量
则个光子的总能量为
解得
结合单个光子的动量
则光子的总动量变化量大小为
以光子为研究对象,应用动量定理
式中,解得
根据牛顿第三定律,光子对探测器的作用力大小为
根据牛顿第二定律
解得
A正确,BCD错误。
故选A。
11.C
【详解】
A.因为飞船受到太阳的引力作用,飞船依靠光的压力不能远离太阳,A错误;
B.依据动量定理,只有持续受到恒定的光压一年,飞船的速度才能达到24倍声速,然而飞船运动到卡门点时才能接受光压而加速,一年时间内受到光压而加速的时间非常短,所以一年后,飞船的速度不能达到24倍声速,B错误;
C.根据球表面积公式,半径变为原来的2倍,球的表面积变为原来的4倍,光子的密度减少为原来的,光子的压力也减少为原来的,与太阳中心的距离为日地间距离2倍时,“帆”上的压力约为
C正确;
D.与太阳中心的距离为日地间距离2倍时,飞船受到的来自太阳和其他天体的万有引力,远大于光子的压力,其加速度不可能是出发时加速度的,D错误。
故选C。
12.AC
【详解】
A. 康普顿效应说明光具有粒子性,故A正确;
B、玻尔的原子模型能够很好的解释氢原子的光谱现象,不能解释所有原子的光谱现象,故B错误;
C、德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜想,故C正确;
D、汤姆孙研究阴极射线,最先发现了电子,故D错误;
故选AC.
13.BCD
【详解】
AD.康普顿在研究射线散射时,发现散射光波长发生了变化,这种现象用波动说无法解释,用光子说却可以解释,故A错误,D正确;
B.波长改变的多少与散射角有关,故B正确;
C.当波长较短时发生康普顿效应,较长时发生光电效应,故C正确。
故选BCD。
14.AC
【详解】
a、b两种单色光的光子能量之比
根据 可知频率之比
根据 可知波长之比
A.根据 可知动量之比
pa:pb=2:1
选项A正确;
B.若都能使某种金属发生光电效应,则根据
则所产生的光电子最大初动能之比为
EKa:EKb≠2:1
选项B错误;
C.入射到同一双缝干涉装置上,根据
波长之比
则干涉条纹间距之比为
选项C正确;
D.根据
则
则从玻璃入射到空气中,两种光的临界角之比Ca:Cb≠1:2,选项D错误。
故选AC。
15.(1)亮条纹;(2)
【详解】
(1)中央(O点处)出现亮条纹。
(2)以表示电子的波长,P表示电子的动量,于是有
,
∴
又因,把上面得出的值代入,得出
16.(1);(2)
【详解】
(1)时间内,该激光器发出的光子数
单位时间该激光器发出的光子数
(2)该激光作用在物体表面,有动量定理
且
,
产生的光压
解得