6.3光的波粒二象性 课时提升练—2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

6.3光的波粒二象性 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．下列说法中正确的是( )
A．爱因斯坦把物理学带进了量子世界
B．光的波粒二象性推翻了麦克斯韦的电磁理论
C．光波与宏观现象中的连续波相同
D．光波是表示大量光子运动规律的一种概率波
2．为了做好疫情防控工作，考试时工作人员利用红外线体温计对考生进行体温检测。红外线体温计的工作原理是：被测人员辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。图为氢原子能级示意图，已知普朗克常量为，光在真空中的速度为，元电荷。红外线中只有波长在0.76至14的范围内的才能被捕捉。要使氢原子辐射出的光子可被红外线体温计捕捉，最少应给处于n=1的氢原子提供的能量为（　　）
A．2.55eV B．12.09eV C．12.75eV D．10.20eV
3．物理学中的许多规律，都是通过实验直接发现或间接证实的，下列说法中，符合史实的是（　　）
A．赫兹预言了电磁波的存在，并通过实验首次证明了电磁波的存在。
B．牛顿通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持。
C．卢瑟福的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量。
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量。
4．A、B两种光子的频率分别为v、2v，照射同一光电管所产生的光电子最大初动能之比为1：3。普朗克常量用h表示，下列说法正确的是（　　）
A．该光电管内金属的逸出功为0.6hv
B．A、B两种光子的动量之比为2：1
C．A、B两种光子对应的截止电压之比为1：2
D．用A、B两种光做双缝干涉实验，在相同条件下相邻亮条纹间距之比为2：1
5．下列说法正确的是（　　）
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能发生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能发生光电效应
C．光电效应中，从金属中逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性
6．下列说法正确的是（　　）
A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度
B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为
C．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短
D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体
7．下列说法正确的是（　　）
A．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的
B．牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，并“称”出了地球的质量
C．光电效应现象由爱因斯坦发现，并对其做出了正确的解释
D．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
8．下列关于理论与实验的说法中正确的是（　　）
A．氢原子光谱的实验规律为光的粒子说提供了有力的依据
B．卢瑟福根据α粒子散射实验规律提出了原子的核式结构学说
C．康普顿效应为光的波动性理论提供了实验支撑
D．光的衍射现象说明了物质波的存在
9．以下说法正确的是（　　）
A．光从空气进入水中后波长变大
B．康普顿效应表明光子具有动量
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．在真空中传播的光是横波，在空气中传播的光是纵波
10．下列说法中错误的是
A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
B．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性
C．黑体辐射，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的方向移动
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短
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．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
13．下面有关光的说法正确的是( )
A．雨后马路上的油渍呈现彩色条纹是光的干涉现象
B．天空出现彩虹是白光的色散现象
C．光是一种电磁波，能发生干涉、衍射等现象，没有动量和能量
D．在折射率越大的介质中，光的传播速度越快
14．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．康普顿效应说明光具有波动性
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率有关
D．石墨对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
15．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
二、解答题
16．已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为c。普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的半球体，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。
（1）试比较单位时间打到半球面上的光子数N甲和单位时间打到圆盘上的光子数N乙的大小关系；
（2）由于太阳光的作用，会使半球体或圆盘受到一个向下的压力。为比较太阳光对图甲中半球体的压力和对图乙中圆盘的压力的大小关系，某同学想到了利用微元法的思想来进行计算。他在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1=θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。试在以下两种情况下分别写出太阳光对S1面和对S2面（假设太阳光直接穿过球面照射到S2上）的压力的表达式，并比较大小。
A．所有照射到球面上的太阳光均被吸收；
B．所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律。
17．用频率为1.00×1015Hz的紫外线照射钠的表面，释放出来的光电子的最大动能为1.86eV，求钠的光电效应极限频率.
参考答案
1．D
【详解】
A．普朗克创立了量子理论，把物理学带进了量子世界，故A错误；
B．麦克斯韦根据他所创立的电磁理论指出了光的电磁本质，之后赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，光的波粒二象性说明光既具有粒子性也具有波动性，并没有推翻麦克斯韦的电磁理论，故B错误；
CD．光波不同于宏观现象中的连续波，它是表示大量光子运动规律的一种概率波，故C错误，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
红外线中只有波长在0.76至14的范围内才能被捕捉，光子的能量与频率、波长关系为
代入数据可得能被捕捉的红外线能量范围为
由题图可知，当氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时，辐射的光子能量最小值为
才有光子能被捕获，若氢原子处于n=3的激发态，向低能级跃迁时，辐射的光子能量最小值为
辐射的光子均不能被捕获，故至少应使处于n=1的氢原子跃迁到n=4的能级，该提供的能量为
C正确。
故选C。
3．D
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹并通过实验首次证明了电磁波的存在，所以A错误；
B．伽利略通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持，所以B错误；
C．爱因斯坦的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，所以C错误；
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量，所以D正确；
故选D。
4．D
【详解】
A．由光电效应方程有
，，
可得
A错误；
B．由德布罗意波长公式
得
可知A、B两种光子的动量之比等于频率之比，比值为，B错误；
C．根据
可知，截止电压之比等于最大初动能之比，比值为，C错误；
D．由相邻亮条纹间距
A光与B光的相邻亮条纹间距之比等于波长之比，比值为，D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，故A正确；
B．红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，故B错误；
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。
故选A。
6．A
【详解】
A．温度越高，黑体辐射强度越大；温度越高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以，A正确；
B．根据爱因斯坦光电效应方程
根据动能定理
解得
根据图像
所以
B错误；
C．根据
入射光子与静止的电子发生碰撞，损失能量E变小，碰后散射光的波长变长，C错误；
D．固体a表现为各向同性，可能是多晶体，也可能是非晶体，D错误。
故选A。
7．A
【详解】
A．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的。故A正确；
B．牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，卡文迪什用试验的方法测量出万有引力常量，第一个“称”出了地球的质量。故B错误；
C．光电效应现象由赫兹发现，爱因斯坦对其做出了正确的解释。故C错误；
D．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应证明了光子除了能量之外还具有动量。故D错误。
故选A。
8．B
【详解】
A．氢原子光谱的实验规律为波尔提出波尔理论提供了有力的依据，A错误；
B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，B正确；
C．康普顿效应表明光子有能量，也有动量，为光的粒子性理论提供了实验支撑，C错误；
D．衍射是波的特有现象，光的衍射现象说明了光具有波动性，D错误。
故选B。
9．B
【详解】
A．光从空气进入水中后，频率和周期不变，波速减小，则波长变小，选项A错误；
B．康普顿效应表明光子具有动量，选项B正确；
C．自然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过偏振片后不能还原为自然光，故C错误；
D．无论是在真空中传播的光还是在空气中传播的光都是横波，选项D错误。
故选B。
10．D
【详解】
试题分析：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，光子散射后波长会变长，因此D选项是错的．
考点：量子物理
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．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。
13．AB
【详解】
试题分析：雨后马路上的油渍呈现彩色条纹是由于油层的厚度不同而出现的光的干涉现象，故选项A正确；天空出现彩虹是空气中的小水滴充当三棱镜，而对光发生的色散现象，选项B正确；光是一种电磁波，能发生干涉、衍射等现象，它也是有动量和能量的，选项C错误；在折射率越大的介质中，根据公式v=c/n中，光的传播速度越慢，选项D错误．
考点：光的干涉、色散、电磁波及光的传播速度等．
【名师点晴】该题通过四个与波有关的现象，来说明波的几个性质，一是波具有干涉的性质，是通过油膜的彩色条纹呈现的，二是光的色散现象，三是电磁波的动能与能量的问题，当然波是具有动量与能量的，则电磁波也应该具有动量与能量，最后是光速的问题．
14．CD
【详解】
A．光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；
C．根据光电效应方程
可知，对于同种金属而言（逸出功一样），入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C正确；
BD．在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确。
故选CD。
15．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。
16．（1）；（2）见解析
【详解】
（1）根据题意有
同理得
可见
（2）A．在时间内，射到S1面上的光子数为
光子被完全吸收，根据动量定理，光子受到的力为F1，则
得
根据牛顿第三定律，S1面受到的力为
同理，S2面受到的力为
又因为，故
B．在在时间内，射到S1面上的光子数仍为，所有光子均被反射，设每个光子被反射前、后的动量变化量为，则
方向垂直于S1面，如图所示
根据动量定理，光子受到的作用力F3，则
得
方向垂直于S1面斜向上
根据牛顿第三定律，S1面受到的力垂直于S1面斜向下，其竖直向下的分力为S1面所受到的合力，即
同理，可求出S2面所受到的光子作用力为F4
故得
可见。
17．5.5×1014Hz
【详解】
因逸出功：W=hγ0；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：EKm=hγ-hγ0
则