4.3光的波粒二象性 课时练习（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 课时练习（解析版）
1．下列说法正确的是（　　）
A．阴极射线的本质是高频电磁波
B．只要入射光照强度足够大，就会发生光电效应
C．微观粒子也具有波动性，对应的波叫做德布罗意波，其本质为电磁波
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，光子散射后波长变大
2．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
3．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
4．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
5．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。关于对物理学发展过程的认识，下列说法正确的是（　　）
A．贝克勒尔发现天然放射现象，其中射线来自原子最外层电子的运动
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
D．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核的复杂结构
6．1922年，美国物理学家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。下列说法中正确的是（　　）
A．有些X射线的能量传给了电子，因此X射线的能量减小了
B．有些X射线吸收了电子的能量，因此X射线的能量增大了
C．X射线的光子与电子碰撞时，动量守恒，能量也守恒
D．X射线的光子与电子碰撞时，动量不守恒，能量守恒
7．下列各种叙述中，符合物理学事实的是（ ）
A．康普顿效应证明了光具有波动性
B．电子衍射实验证明了实物粒子具有波动性
C．普朗克为了解释光电效应的规律提出光子说
D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的
8．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福粒子散射实验证明了汤姆孙的“西瓜模型”的正确性
B．贝克勒尔发现天然放射性现象，该现象说明原子具有复杂结构
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
D．康普顿效应说明光具有波动性
9．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′ 在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）下列说法中正确的是（ ）
A．逆时针方向转动 B．顺时针方向转动 C．都有可能 D．不会转动
10．关于波粒二象性的有关知识，下列说法错误的是（　　）
A．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显
B．用E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则，
C．由爱因斯坦的光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量
11．关于近代物理学，下列说法正确的是（ ）
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出15种不同频率的光
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少
D．X射线经物质散射后波长变短的现象称为康普顿效应
12．下列说法正确的是（ ）
A．光电效应表明光具有粒子性，康普顿效应表明光具有波动性
B．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子发出的谱线都一样
C．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态有关
D．氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天后还剩下1克氡原子核未衰变
13．普朗克说过：“科学的历史不仅是一连串事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史”．下列表述中正确的是（　　）
A．黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的
B．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增加
C．光电效应表明了光具有粒子性，而康普顿效应则表明了光具有波动性
D．光具有波粒二象性，但当光表现出波动性时，就不具有粒子性；当光表现出粒子性时，就不具有波动性
14．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子，则（ ）
A．6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的
B．6种光子中有2种属于巴耳末系
C．使n=4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量
D．若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应
E.在6种光子中，n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显
15．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。
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．D
【详解】
A．阴极射线本质是电子流，A错误；
B．根据光电效应方程可知发生光电效应与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，B错误；
C．实物粒子具有波动性，对应的波叫做德布罗意波，与电磁波无关，C错误；
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，入射光子的动量减小，根据可知光子散射后波长变大，D正确。
故选D。
2．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．
3．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．
4．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。
5．C
【详解】
A．贝克勒尔发现天然放射现象，其中射线来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；
B．康普顿效应说明光具有粒子性，选项B错误；
C．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，选项C正确；
D．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误。
故选C。
6．C
【详解】
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，知波长增大，碰撞过程系统不受外力，故动量守恒，光子的能量远大于电子的束缚能时，光子与自由电子或束缚较弱的电子发生弹性碰撞，故能量守恒，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【详解】
A、光电效应和康普顿效应证明了光具有粒子性，不能证明光具有波动性，A错误．
B、戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，得到了电子衍射图样，证明了实物粒子的波动性，B正确．
C、普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，C错误．
D、光电效应是由赫兹首先发现的，D错误．
故选B．
【点睛】
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
8．C
【解析】
【详解】
卢瑟福α粒子散射实验否定了汤姆孙的原子的“西瓜模型”，确立了原子核核式结构模型，选项A错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，该现象说明原子核具有复杂结构，选项B错误；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正确；康普顿效应说明光具有粒子性，选项D错误.
9．A
【详解】
白纸反射各种色光，故用平行白光垂直照射白纸片时光子会被反弹回去，而黑纸面会吸收各种色光，即光子与黑纸片碰撞后具有相同的速度方向，结合动量守恒知光子与白纸片碰撞后，白纸片会获得较大速度，故此装置会逆时针方向转动（俯视）．
故ACD选项错误，B正确．
10．C
【详解】
A．根据德布罗意波波长公式，速度相同的质子和电子相比，电子的动量小，波长长，波动性明显，故A正确，A项不符题意；
B．根据
且
可得X射线每个光子的能量为
每个光子的动量为
故B正确，B项不合题意；
C．由爱因斯坦的光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，但不成正比，故C错误，C向符合题意；
D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量，揭示了光的粒子性，故D正确，D项不合题意。
本题选错误的，故选C。
11．C
【解析】
【详解】
A、绿光的频率小于紫光的频率，紫光照射金属能发生光电效应，绿光照射不一定能发生光电效应，故选项A错误；
B、一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出种不同频率的光，故选项B错误；
C、重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，由于释放能量，有质量亏损，质量减小，故选项C正确；
D、射线经物质散射后波长变长的现象称为康普顿效应，故选项D错误。
12．D
【详解】
光电效应和康普顿效应都表明光具有粒子性，选项A错误；各种原子的发射光谱都是线状谱，都有一定的特征，也称特征谱线，是因原子结构不同，导致原子光谱也不相同，选项B错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，选项C错误；氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天，即两个半衰期后还剩下克氡原子核未衰变，选项D正确.
13．AB
【解析】
A、黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的，故A正确．B、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，即光子个数增多，所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多，故B正确．C、康普顿效应和光电效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面，故C错误．D、光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，光表现出波动性时，同时具有粒子性，光表现出粒子性时，同时具有波动性，故D错误．故选AB．
【点睛】光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量．个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著．
14．BCE
【解析】
根据跃迁假说在跃迁的过程中释放处光子的能量等于两能级之差，故从n=4跃迁到n=3时释放处光子的能量最小，频率最小，波长最长，所以A错误；由题意知6种光子中有2种属于巴耳末系，他们分别是从n=4跃迁到n=2，从n=3跃迁到n=2时释放处的光子，故B正确；E4=-0.85ev，故n=4能级的电离能等于0.85eV，所以C正确；由图知，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量小于n=2能级跃迁到基态释放的光子的能量，所以D错误；在6种光子中，n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子的能量最大，频率最高，故其康普顿效应最明显，所以E正确；故选BCE．
15．
【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。
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