6.3光的波粒二象性 学科素养提升练-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 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．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
2．物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错误的是（ ）
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粒子性
C．电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒
D．康普顿效应进一步证实了光的波动特性
3．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
4．根据量子理论：光子既有能量也有动量；光子的能量E和动量p之间的关系是E=pc，其中c为光速．由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量，也就对物体产生了一定的压强．根据动量定理可近似认为：当动量为p的光子垂直照到物体表面，若被物体反射，则物体受到的冲量大小为2p；若被物体吸收，则物体受到的冲量大小为p．某激光器发出激光束的功率为P0，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，物体对该激光的反光率为η，则激光束对此物体产生的压强为
A． B．
C． D．
5．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是（　　）
A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性
B．光的频率越高，光子的能量越大
C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D．在光的干涉中，光子一定到达亮条纹的地方
6．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
7．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
8．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
9．康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前、后的示意图。则碰撞后（　　）
A．光子的动量大小不变 B．光子的速度减小
C．光子的波长变长 D．电子的动量增加了
10．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
11．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
12．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
13．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
14．在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是（ ）
A．紫外线照射到金属锌板表面时能发生光电效应，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最大初动能也随之增大
B．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
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少
D．光子不仅具有能量，也具有动量
E.根据波尔能级理论，氢原子辐射出一个光子后，将由高能级向较低能级跃迁，核外电子的动能增加
15．科学家们在探索微观世界奥秘的过程中不断取得新的认知，下列对微观领域认知的理解正确的是（　　）
A．射线与阴极射线本质一样，都是原子核外电子所形成的粒子流
B．氢原子的核外电子由外轨道跃迁至内轨道上时，氢原子电势能的减少量大于电子动能增加量
C．用激光照射某金属，金属中吸收两个光子的电子逸出时的最大初动能，是指吸收一光子的电子逸出时最大初动能的两倍
D．在康普顿效应中，当入射光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，散射后光的波长变长了
二、解答题
16．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.
17．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的？
参考答案
1．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
2．D
【详解】
试题分析：卢瑟福根据粒子散射实验现象提出原子的核式结构学说，A正确；光电效应实验证实了光具有粒子性，B正确；电子的发现，知原子还可以再分，原子不是构成物质的最小微粒，C正确；康普顿效应证实了光的粒子特性，D错误；本题选错误的，故选D．
考点：物理学史．
【名师点睛】掌握物理学发展过程，了解物理概念的建立，物理规律的发现及科学家们艰辛的探究过程，能让学生认识到科学发展的艰辛历程，从而更好的学习物理，树立正确的人生观和价值观．
3．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。
4．B
【详解】
时间t内释放光子的能量：E总=P0t=P0t，光子的总动量：p==，根据题意，由动量定理得：2ηp+(1–η)p=Ft，激光束对物体产生的压强：p=，解得压强为：p=，故选项B正确．
5．B
【详解】
A．光是高速运动的微观粒子，光的波动性是对大量光子集体行为的一种描述，所以不能说每个光子都具有波粒二象性，故A错误；
B．光的频率越高，光子的能量越大，故B正确；
CD．在光的干涉中，亮条纹是光子出现概率高的位置，暗条纹是光子出现概率低的位置，光子并不是一定到达亮条纹的地方，也并不一定就不出现在暗条纹的地方，故CD错误。
故选B。
6．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。
7．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。
8．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。
9．C
【详解】
AC．光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由
可知光子的波长变长，故C正确，A错误；
B．由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；
D．由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于，故D错误。
故选C。
10．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。
11．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。
12．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。
13．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。
14．BDE
【详解】
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，根据光电效应方程，最大初动能与入射光的频率有关，与光强度无关，故A错误；
B．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，故B正确；
C．半衰期由放射性元素本身的性质决定，与物体的温度无关，故C错误；
D．康普顿效应中，光子与静止电子碰撞后光子的频率发生了变化，使用动量守恒定律与能量守恒定律可以解释该现象，表明光子除具有能量外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，D正确；
E．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，半径减小，则速度增大，同时电子的动能增大，电势能减小，E正确。
故选BDE。
考点：光电效应，黑体辐射，半衰期，波尔理论。
【点睛】
关键是直达光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关．半衰期与外界因素无关。
15．BD
【详解】
A．射线与阴极射线本质一样，都是电子流，但阴极射线的形成来自核外电子，射线是由原子核中的中子转化而来的，A错误；
B．氢原子的核外电子由外轨道跃迁至内轨道上时，会辐射一定频率的光子，根据能量守恒氢原子电势能的减少量大于电子动能增加量，B正确；
C．用激光照射某金属，根据光电效应体现的粒子性，一个光电子只能吸收一个光子，故逸出的每一电子逸出时最大初动能相等，C错误；
D．在康普顿效应中，当入射光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
可知散射后光的波长变长，D正确。
故选BD。
16．5.5×1014Hz
【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
17．频率为5.13×1014Hz，波长为5.85×10-7m，为黄色光。
【详解】
由光子的能量值
该光子的频率为
该光的波长为
根据可见光不同的色光的频率范围可知，该光为黄色光。