4.3光的波粒二象性 课时练（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 课时练（解析版）
1．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是(　 　)
A．能量较大的光子其波动性越显著
B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了
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波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（ ）
A．能量守恒，动量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λλ′ D．能量守恒，动量守恒，且λλ′
3．物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验。关于下面几个重要的物理实验，说法正确的是（　　）
A．粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础
B．光电效应实验表明光具有波粒二象性
C．电子的发现揭示了原子核可以再分
D．康普顿效应证实了光具有波动性
4．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
5．下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦在研究黑体辐射的过程中提出了能量子的假说
B．康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性
C．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
6．下列说法错误的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关
B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
C．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量
D．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
7．下列说法正确的是（ ）
A．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
B．放射性元素的半衰期与外界温度有关
C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
D．太阳的巨大能量是核裂变产生的
8．关于物理学家的历史贡献下列说法中不正确的是（ ）
A．康普顿在研究电子对X射线的散射时，证实了光既具有能量也具有动量
B．查德威克发现了中子，根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型
C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的内部结构
D．巴尔末归纳总结了一些氢原子光谱的波长规律，推动了玻尔原子量子化轨道理论的建立
9．关于近代物理学，下列说法正确的是( )
A．查德威克发现质子的核反应方程为
B．由爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，要放出光子，氢原子的能量减小， 电子的动能减小
D．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
10．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　）
A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性
B．激光的频率为
C．激光光子的动量为
D．每个激光脉冲的能量为
11．氢原子能级如图所示,大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时发出不同频率的光，其中a光是从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，b光的频率大于a光的频率，则b光可能是(　　)
A．从n＝4能级向n＝3能级跃迁时发出的
B．从n＝4能级向n＝2能级跃迁时发出的
C．从n＝4 能级向n＝1能级跃迁时发出的
D．从n＝3能级向n＝2能级跃迁时发出的
12．下列说法符合物理学史实的是（ ）
A．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性
B．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了玻尔的原子模型
C．居里夫人首次发现了天然放射现象
D．爱因斯坦首次提出能量量子假说，成功解释了黑体辐射
13．下列说法正确的是（ ）
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．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
14．下列叙述中错误的是（ ）
A．碘131的半衰期大约为8天，3个月后，碘131就只剩下约为原来的
B．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，后者表明光子除具有能量之外还具有动量
C．铀235裂变的方程可能为
D．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定不大于入射光子的频率
15．下列说法正确的是( )
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．在核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，但总质量一定减少
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．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，因此光子散射后波长变长
E. 速度相等的电子和质子，电子的波长大
16．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．
（1）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v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：
a．该激光器在单位时间内发出的光子数N；
b．该激光作用在物体表面时产生的光压I．
（2）从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁撞击引起的．正方体密闭容器中有大量运动的粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量为n．为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；速率均为v，且与容器壁各面碰撞的机会均等；与容器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与容器壁垂直，且速率不变．
a．利用所学力学知识，推导容器壁受到的压强P与m、n和v的关系；
b．我们知道，理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即，式中α为比例常数．请从微观角度解释说明：一定质量的理想气体，体积一定时，其压强与温度成正比．
17．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m。
(1)求飞船加速度的表达式（光子动量p=）；
(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？
参考答案
1．C
【详解】
A.能量较大的光子，，频率较高，波长较短，粒子性越显著，A错误．
B.速度相同的质子和电子，由于 ，质子质量大，波长短，波动性不明显，B错误
C.光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，C正确．
D.康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，动量减小，，波长变长，D错误
2．C
【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，
根据
知波长变长，即λ<λ′。
A. 能量守恒，动量守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故A错误；
B. 能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故B错误；
C. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论相符，故C正确；
D. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论不符，故D错误。
故选：C.
3．A
【详解】
A．粒子散射实验表明了原子具有核式结构，A正确；
B．光具有波粒二象性，光电效应证实了光具有粒子性，B错误；
C．电子的发现表明了原子不是构成物质的最小微粒，天然放射现象揭示了原子核有内部结构，可以再分，C错误；
D．康普顿效应证实了光具有粒子性，D错误。
故选A。
4．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。
5．B
【解析】
普朗克在研究黑体辐射的过程中提出了能量子的假说，选项A错误；康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性，选项B正确；宏观物体的物质波波长非常小，极不容易观察到它的波动性，选项C错误；天然放射现象的发现说明可原子核具有复杂结构，选项D错误；故选B.
6．A
【解析】
【详解】
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度有关，故A项错误，符合题意．
B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想．故B项正确，不符合题意．
C．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故C项正确，不符合题意．
D．据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子．故D项正确，不符合题意．
故选A．
7．A
【解析】
【详解】
A．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量，选项A正确；
B．放射性元素的半衰期与外界温度无关，选项B错误；
C．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项C错误；
D．太阳的巨大能量是核聚变产生的，选项D错误；
故选A.
8．B
【解析】
【详解】
A.康普顿通过研究石墨对X射线的散射，说明光子不仅具有能量，而且具有动量，
故A正确；
B.查德威克在利用粒子轰击铍（Be）原子核的实验中发现了中子，卢瑟福根据粒子散射
实验的结果提出了原子核式结构模型，故B错误；
C.贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的内部结构，故C正确；
D.巴尔末根据氢原子光谱分析，总结了一些氢原子光谱的波长规律，玻尔根据氢原子光谱分
立的特性，引入了量子观点，从而建立了玻尔原子量子化轨道理论，故D正确。
9．D
【解析】
A项：是卢瑟福发现质子的核反应方程，故A错误；
B项：爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率为一次函数关系，并不成正比，故B错误；
C项：电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小，由可知，半径越小，动能越大，故C错误；
D项：光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，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D正确．
10．D
【详解】
A．用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；
B．根据可知激光的频率为
故B错误；
C．根据得，激光光子的动量为
故C错误；
D．根据和可知，则单个光子的能量为，则每个激光脉冲的能量为，故D正确。
故选D。
11．C
【详解】
氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射的光子能量等于能极差，a光的能量等于
b光的频率大于a光的频率，即b光的能量大于，对照选项中的能极差，能够大于只有选项C的。
故选C。
12．A
【详解】
A．康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，电子的衍射说明实物粒子也具有波动性，故A项正确；
B．卢瑟福通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B项错误；
C．贝克勒尔发现了天然放射现象，天然放射现象说明原子核有复杂结构，故C项错误；
D．普朗克首次提出能量量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故D项错误。
13．ACD
【解析】A. 爱因斯坦在普朗克量子理论的基础上提出了光子假说，建立了光电效应方程，故A正确；
B. 康普顿效应表明光子有能量，也有动量，故B错误；
C. 玻尔的原子理论只能成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确；
D. 卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故D正确；
故选：ACD.
14．ABD
【详解】
A．碘-131的半衰期大约为8天，三个月后，大约经历11次衰变，碘-131剩下约为原来的．故A正确．
B．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，后者表明光子具有能量之外还具有动量．故B正确．
C．铀235裂变的方程需要中子撞击，故C错误．
D．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定不大于入射光子的频率，故D正确；
15．ADE
【解析】
【详解】
用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变，选项A正确；在核反应过程的前后，反应体系的质量数守恒，总质量不一定减少，也有增加的情况，选项B错误；发生光电效应时，光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但非成正比关系，选项C错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，根据λ=h/p可知光子散射后波长变长，选项D正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式：λ＝h/p可知，电子的波长长；故E正确；故选ADE.
16．（1）a. b. （2）a. b.见解析
【详解】
（1）a.单位时间的能量为：，光子能量：，得单位时间内发出的光子数．
b.该激光作用在物体表面产生的压力用F0表示，根据牛顿第三定律物体表面对光子的力大小也为F0，时间为，由动量定理可知：，解得
（2）a.在容器壁附近，取面积为S，高度为的体积内的粒子为研究对象．该体积中粒子个数，可以撞击该容器壁的粒子数，一个撞击容器壁的气体分子对其产生的压力用F来表示，根据牛顿第三定律容器壁对气体分子的力大小也为F，由，得，容器壁受到的压强
b.由，解得，一定质量的理想气体，体积一定时，其压强与温度成正比．
17．(1)；(2)
【详解】
(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，设光对太阳帆的压力为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则
N=nS
由动量定理有
FΔt=NΔt·2p
所以
F=N·2p
而光子动量，所以
F=
由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为
a==
(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射（被太阳帆吸收），光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为
F′=
飞船的加速度
a′=