4.3光的波粒二象性 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．关于近代物理，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应实验中，从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
B．放射性元素原子核发生衰变时，产生的射线实质上是原子核外电子抛射出来形成的
C．康普顿效应证明了实物粒子具有波粒二象性
D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
2．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
3．下列说法中正确的是（ ）
A．加速度是采用比值定义法定义 B．牛顿属于国际制中的基本单位
C．光电效应说明光具有波动性 D．康普顿效应说明光具有动量
4．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
5．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，这种现象叫康普顿效应，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，则该现象被称为逆康普顿效应，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿效应，下列说法正确的是（ ）
A．该过程不遵循能量守恒定律
B．该过程不遵循动量守恒定律
C．散射光中存在波长变长的成分
D．散射光中存在频率变大的成分
6．下列说法正确的是（　　）
A．粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的
B．康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且具有动量
C．核力是短程力，其表现一定为吸引力
D．天然放射性现象说明原子具有核式结构模型
7．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比（ ）
A．频率变大 B．速度变小
C．光子能量变大 D．波长变长
8．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
9．a、b是两种单色光，其频率分别为va、vb，且，则下列说法不正确的是（　　）
A．a、b光子动量之比为
B．若a、b光射到同一干涉装置上，则相邻条纹的间距之比为
C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光子的最大初动能之差
D．若a、b是处于同一激发态的原子跃迁到A态和B态产生的，则A、B两态的能级之差
10．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
11．下列说法正确的是（　　）
A．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小
B．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态的量子数越大，核外电子动能越大
C．在研究光电效应现象实验中，饱和光电流的大小与入射光的强弱无关
D．平均结合能小的原子核结合成或分裂成平均结合能大的原子核时一定会放出核能
12．关于近代物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子因而光子动量变小
C．原子核衰变时电荷数和质量都守恒
D．现在地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳，即太阳内部裂变时释放的核能
13．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
14．康普顿效应深入地解释了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量。用λ表示光的波长，v表示光的频率，h表示普朗克常量，c表示光速。下列关于光子的动量表达式，正确的是（　　）
A． B． C． D．
15．下列说法正确的是(　　)
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应揭示了光的波动性
B．高速运动的质子、中子和电子都具有波动性
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说
D．核反应方程中的X为质子
16．根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，每个光子的动量均为，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，到达地球的每个光子能量均为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c=3×108m/s，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）
17．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．
参考答案
1．D
【详解】
A．光电效应实验中，从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A错误；
B．放射性元素原子核发生衰变时，是原子核内的核子发生变化，与核外电子无关，选项B错误；
C．康普顿效应说明了光子具有能量和动量，揭示了光的粒子性，选项C错误；
D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，故D正确；
故选D.
2．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．
3．D
【详解】
A.加速度是加速度的决定式，不是比值定义法，故A错误；
B.牛顿属于国际制中的导出单位，故B错误；
C.光电效应说明光具有粒子性，故C错误；
D.康普顿效应说明光具有动量，故D正确．
4．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。
5．D
【详解】
AB．射线的光子与电子撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，可以推知，在逆康普顿效应中，同样遵循能量守恒定律与动量守恒定律，故AB错误；
CD．逆康普顿散射的过程中有能量从电子转移到光子，则光子的能量增大，根据公式：
可知散射光中存在频率变大的成分，或者说散射光中存在波长变短的成分，故C错误，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．粒子散射实验的结果说明了原子的核式结构模型，并不能证明原子核是由质子和中子组成的，选项A错误；
B．康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且具有动量，选项B正确；
C．核力是短程力，其作用的范围是10-15m，其表现可能是吸引力，也可能是排斥力，故C错误；
D．天然放射性现象说明原子核具有复杂结构，选项D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由
可知光子频率变小，故A错误；
B．碰撞前后光子的速度是不变的，故B错误；
C．碰撞后光子的动量和能量都减小，故C错误；
D．由于光子的动量减小，由
可知光子的波长变长，故D正确。
故选D。
8．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.
9．B
【详解】
A．光子的能量，所以两种光子能量分别为和，且
则：
光子的动量为，所以
A正确；
B．光子的波长，双缝干涉装置上相邻亮条纹的间距为，所以
B错误；
C．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为，其中W为金属的逸出功；则有
C正确；
D．若a、b是由处于同一激发态的原子跃迁到A态和B态时产生的，设初始激发态的能量为E0，则有
所以
同理
则
D正确。
本题选不正确的，故选B。
10．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．
11．D
【详解】
A．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，A错误；
B．氢原子处于激发态的量子数越大，电子绕原子核运动的轨道半径越大，运动的线速度越小，动能越小，B错误；
C．饱和光电流的大小由光照强度决定，光照强度越大，饱和光电流越大，C错误；
D．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量，故平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能，D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．根据光电效应方程Ekm=hγ-W0知，最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不成正比，故A错误；
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，故B正确；
C．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，但质量不守恒，故C错误；
D．现在地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳，即太阳内部聚变时释放的核能，故D错误．
故选B。
13．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。
14．BD
【详解】
根据质能方程有又因为
且得
故选BD。
15．BC
【解析】
光电效应、康普顿效应都揭示了光的粒子性，A错误；任何物质都具有波粒二象性，B正确；原子的核式结构学说就是建立在α粒子散射实验基础上的，C正确；根据质量数和电荷数守恒，可判断X为中子，D错误．
16．见解析
【详解】
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
-F光t=0-Ntp
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。
17．(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．