4.3光的波粒二象性 课时检测（word解析版）

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 课时检测（解析版）
1．玻尔在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型和能级跃迁理论。如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁。下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B．氢原子由能级跃迁到能级产生的光频率最大
C．氢原子由能级跃迁到能级产生的光波长最长
D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为
2．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的频率为ν，碰撞后的频率为ν′，则碰撞过程中（　　）
A．能量守恒，动量守恒，且ν＝ν′ B．能量不守恒，动量不守恒，且ν＝ν′
C．能量守恒，动量守恒，且ν＜ν′ D．能量守恒，动量守恒，且ν＞ν′
3．下列说法正确的是（　　）
A．结合能越大的原子核越稳定
B．玻尔的跃迁假设是根据α粒子散射实验分析得出的
C．光电效应揭示了光具有粒子性，康普顿效应揭示了光具有波动性
D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
4．下列说法正确的是（ ）
A．原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱
B．天然放射现象揭示了原子具有核式结构
C．光电效应揭示了光子不仅具有能量还具有动量
D．比结合能越小的原子核中核子结合的越牢固
5．关于光的本性认识，下列说法正确的是（　　）
A．光电效应说明光具有粒子性，因而否定了光的波动性
B．光的频率越高，其波动性越显著
C．在光的单缝衍射实验中，衍射条纹的宽度不相等
D．用很弱的光长时间照射双缝得到干涉图样，说明光只有波动性
6．以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是
A．比结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
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．的半衰期是5天，12g经过15天后衰变了1.5 g
7．以下说法正确的是（　　）
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波
8．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（　　）
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
9．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
10．氢原子的能级示意图如图所示。若用一束光照射大量处于基态的氢原子，氢原子受激发后辐射出3种频率的光，则这束光的能量为（　　）
A．10. 20 eV B．12. 09 eV C．12. 75 eV D．13. 06 eV
11．康普顿散射的主要特征是（　　）
A．散射光的波长与入射光的波长全然不同
B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关
C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的
D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
12．下列说法中正确的是 （ ）
A．黑体辐射时，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频率较小的方向移动
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成．
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成．
13．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
14．下列说法正确的是（）
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象说明了光具有粒子性。
B．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，新形成的原子核会辐射γ光子，形成γ射线。
C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量
D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是
15．已知A、B两种光子的动量之比为1∶2，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为、，则（　　）
A．A、B两种光子的波长之比为1∶2
B．A、B两种光子的能量之比为2∶1
C．该金属的逸出功为
D．若A、B两种光入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比为2∶1
16．在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同。已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长λ。
17．根据光的粒子性，光的能量是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，光子具有动量和能量．已知光在真空中的速度为c，普朗克常量为h．
（1）请根据爱因斯坦质能方程和光子说证明光子动量的表达式为P=，并由此表达式可以说明光具有什么特性？
（2）实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿散射，请定性分析散射光的波长将如何变化？
（3）惯性质量和引力质量是两个不同的物理概念．万有引力定律公式中的质量称为引力质量，它表示物体产生引力场或变引力作用的本领，一般用天平称得的物体质量就是物体的引力质量．牛顿第二定律公式中的质量称为惯性质量，它是物体惯性的量度，用惯性秤可以确定物体的惯性质量．频率为的一个光子具有惯性质量，此质量由相对论知识可以推得可由光子的能量确定，请通过本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式．
（4）接第三问，假定光子也有引力质量，量值等于惯性质量．据相对论等近代物理知识可知：从一颗星球表面发射出的光子，逃离星球引力场时，该光子的引力质量会随着光子的运动而发生变化，光子的能量将不断地减少．
a.试分析该光子的波长将如何变化？
b.若给定万有引力常量G，星球半径R，光子的初始频率，光子从这颗星球（假定该星球为质量分布均匀的圆球体）表面到达无穷远处的频移（频率变化量值）为，假定<<,星球和光子系统的引力势能表达式为：（选定光子和星球相距无穷远处为零势能处），此表达式中的r为光子到星球中心的距离，试求该星球的质量M．
参考答案
1．B
【详解】
A．这些氢原子总共可辐射出
不同频率的光。故A错误；
BC．根据波尔的跃迁方程，氢原子由能级跃迁到能级时能级差最大，根据爱因斯坦的光子说，产生的光频率最大，波长最小。故B正确；C错误；
D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为
故D错误。
故选B。
2．D
【详解】
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，则有ν＞ν′，故选D。
3．D
【详解】
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故A错误；为解释氢光谱，玻尔提出了轨道量子化与跃迁假设，故B错误；光电效应与康普顿效应都揭示了光具有粒子性，故C错误；衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，故D正确．
4．A
【解析】
原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱，选项A正确；α粒子散射试验揭示了原子具有核式结构，选项B错误；康普顿效应揭示了光子不仅具有能量还具有动量，选项C错误； 比结合能越大的原子核中核子结合的越牢固，选项D错误；故选A.
5．C
【详解】
AD．光电效应说明光具有粒子性，没有否定光的波动性；双缝得到干涉图样，说明光具有波动性，没有否定粒子性。都只是光的性质的一面，光具有波粒二象性。AD错误；
B．光的频率越高，其粒子性越显著。B错误；
C．在光的单缝衍射实验中，衍射条纹的宽度不相等，中间宽，两边窄。C正确。
故选C。
6．B
【详解】
A. 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，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，后者表明光子既具有能量，也具有动量，故B正确；
C. 经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过两次β衰变，质量数不变，电荷数多2，则整个过程中电荷数不变，质量数少4，所以中子数少4，故C错误。
D.的半衰期是5天，12g经过15天后，即经过3个半衰期后剩下的
所以经过15天后衰变了10.5g，故D错误。
7．B
【详解】
A．康普顿效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；
B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”，选项B正确；
C．光具有波粒二象性，当光表现出波动性时，仍具有粒子性，光表现出粒子性时，也仍具有波动性，故C错误；
D．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波。故D错误。
故选B。
8．D
【详解】
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以叫光子，选项A错误；
B．在光电效应实验中，光电流的大小与光照时间无关，选项B错误；
C．根据
则对于同种金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，选项C错误；
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，频率变小，这个现象称为康普顿效应，选项D正确。
故选D。
9．D
【详解】
光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．当光和物质作用时，是一份一份的，表现出粒子性；光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波．光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有联系的．光的粒子性并没有否定光的波动性．故D正确，ABC错误。
【点睛】
本题解题的关键是把握住：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，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著．
10．B
【详解】
氢原子受光照射激发后，由基态跃迁到n=3激发态，共吸收能量
激发态不稳定，向低能级跃迁共辐射三种频率的光，ACD错误，B正确。
故选B。
11．D
【详解】
测量发现康普顿散射后的X射线中，既有波长不变的X射线，又有波长变长的X射线，而且散射光波长的改变量与散射角的大小有关，波长变长的X射线动量和能量的大小均变小了，这是散射过程中动量和能量守恒的体现，故 D正确，ABC错误。
故选D。
12．D
【解析】
【详解】
黑体辐射时，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、频率较大的方向移动，选项A错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后能量变小，波长变长，选项B错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子的核式结构理论，选项C错误；各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成，选项D正确；故选D．
13．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。
14．ABD
【详解】
A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，此现象称为康普顿效应，故A正确；
B．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变；放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，因此γ射线经常伴随α射线和β射线产生，故B正确；
C．结合能是指由于核子结合成原子核而放出的能量，不是原子核具有的能量，故C错误；
D．该核反应方程式符合质量数守恒与电荷数守恒，故D正确；
15．CD
【详解】
A．由动量
可得
可得A、B两种光子的波长之比为2∶1，故A错；
B．由光子能量
可得两种光子的能量之比为1∶2，故B错误；
C．由于
而
解得
故C正确；
D．由
可知若A、B两种光入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比为2∶1，故D正确。
故选CD。
16．
【解析】
【分析】
根据求入射光波长，由求碰前光子动量；
根据动量守恒定律求碰后光子的动量；
再由求碰后光子波长。
【详解】
由波速、频率和波长的关系得，频率为的入射光的波长，所以碰前动量为。根据动量守恒定律得：，解得：。又根据得：。
【点睛】
熟记公式，，明确动量守恒定律适用于宏观物体，同时也适用于微观粒子的碰撞，是解决本题的关键。
17．(1) 波粒二象性；（2）散射光的波长将会变小；（3）；（4）a．波长将会变大；b. ；
【解析】
(1)根据爱因斯坦质能方程和光子说可以得到光子能量E=；
光子动量P=mc= ，光子动量表达式：P=h/λ，说明光具有波粒二象性．
(2)因为在散射过程中有能量从电子转移到光子，则光子的能量增大，因为光子的能量
E=，故散射光的波长将会变小．
(3)根据本题陈述和所给已知量确定光子的惯性质量m的表达式为
(4)a．因为光子能量减小，根据E=可知，该光子的波长将会变大．
b.根据能量守恒定律可知：光子能量的损失量等于星球与光子系统的引力势能的增加量．
假定光子到达无穷远处的频率为，，引力质量为m，，光子的初始引力质量为m，
则有：，
可得：．
<<意味着光子能量的相对变化量很小，故从第三问可知：
继而可做如下推演：
；
则有：
对于从半径为R的星球表面发射的光子，便有
由此可求得该星球的质量
【点睛】本题研究光的性质(波动性和粒子性)：光的波粒二象性也适用于物质波，要用和联立推出波长的计算公式.