4.3光的波粒二象性同步练习（word版含答案）

4.3光的波粒二象性同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到，原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。实验进一步表明原子由电子和原子核组成，下列哪个实验或现象能进一步说明原子核具有复杂结构（ ）
A．康普顿效应 B．光电效应
C．天然放射现象 D．粒子散射实验
2．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
3．关于近代物理学的结论中，哪些是正确的
A．热辐射只与物体的温度有关
B．康普顿效应说明光子只有动量
C．光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
D．电子像光一样既具有粒子性也具有波动性
4．下列说法正确的是
A．β射线是由于原子核内的中子转化产生的
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性
C．一个氘核的质量等于一个质子和一个中子的质量之和
D．钴60的半衰期为5.27年，则2个钴60原子核经过5.27年将一定有1个发生衰变
5．下列哪些现象或者效应能说明光具有粒子性（　　）
A．偏振现象 B．干涉现象
C．康普顿效应 D．衍射现象
6．下列说法正确的是（）
A．图甲是氡衰变图，由图可知：氡的半衰期为3. 8天.若取8个氡原子核，经7. 6天后就一定剩下2个原子核了
B．图乙是利用射线进行铝板厚度测量的装置，为了能够准确测量铝板的厚度，探测射线应该用α射线，探测器探测到的射线越强说明厚度越薄
C．图丙是电子束穿过铝箔后的衍射图样，有力说明了德布罗意波的存在，证明了实物粒子也具有波动性
D．图丁是康普顿利用光子去碰撞电子发生散射的实验模型，碰撞后的光子的频率v'比原来光子的频率v大
7．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
8．人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程．下列符合物理学史实的是（　　）
A．牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象
B．惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象
C．为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说
D．为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性
9．下列事例中表明光子不但具有能量，而且象实物粒子一样具有动量的是 （ ）
A．康普顿效应 B．光的偏振现象
C．光的色散现象 D．光的干涉现象
10．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子并提出了原子具有核式结构
B．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
C．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的
D．处于基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=4的激发态后，可能辐射6种频率的光子
11．关于康普顿效应，下列说法正确的是 (　　)
A．康普顿效应证明光具有波动性
B．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变短了
C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变长了
D．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
12．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
13．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变．下图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．X光散射后与散射前相比，频率将会变小
B．X光散射后与散射前相比，波长将会变短
C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小
D．散射实验为光的波动学说提供了有力证明
14．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
15．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行，阳光恰好垂直照射在薄膜上，薄膜面积为S，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E，若探测器总质量为M，光速为c，普朗克常量为h，则探测器获得加速度大小的表达式是（　　）
A． B． C． D．
二、填空题（共4题）
16．判断下列说法的正误。
（1）光子的动量与波长成反比。( )
（2）光子发生散射后，其波长变大。( )
（3）光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。( )
（4）光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子。( )
17．在图装置中，阴极K在光子动量为p0的单色光1的照射下发生了光电效应，调节滑片P至某一位置，使电流表的示数恰好为零；在保持上述滑片P的位置不变的情况下，改用光子动量为0.5p0的单色光2照射阴极K，则电流表的示数将________(选填“为0”或“不为0”)，单色光1、2的波长之比为________．
18．光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为_____． （已知普朗克常量为h、光速为c）
19．（1）关于下列四幅图的说法，正确的是__________
A．图甲中放射源放出的三种射线是由同一种元素的原子核释放的
B．图乙中用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，锌板和验电器均带正电
C．图丙为黑体辐射规律，普朗克提出能量子概念成功解释了这个规律
D．图丁中电子束通过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性
（2）我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P的高纯度和高亮度激光，当该激光垂直照射到某纯黑物体表面时能被完全吸收．已知真空中光速为c，普朗克恒量为h，则该激光发出的光子的动量为_______，纯黑物体受到该激光的压力为_____．
（3）氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中,是除吸烟外导致肺癌的重大因素．静止的氡核放出一个粒子X后变成钋核，钋核的动能为0.33MeV，设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能．
①写出上述衰变的核反应方程_________；
②求粒子X的动能 __________．（保留两位有效数字）
三、综合题（共4题）
20．若有一静止的反氢原子从n=2的激发态跃迁到基态．已知光子动量p与能量E之间满足关系式p=E/c，元电荷e=1.6×10－19C，光速c=3×108m/s．求
① 放出光子的能量；
② 放出光子时反氢原子获得的反冲动量大小．
21．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实也会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量和动量的“光子”）组成的。人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性。（c为光速，h为普朗克常量）我们在磁场中学习过磁通量，其实在物理学中有很多通量的概念，比如电通量、光通量、辐射通量等等。辐射通量表示单位时间内通过某一截面的辐射能，其单位为J/s。
(1)光子具有能量。一束波长为λ的光垂直照射在面积为S的黑色纸片上，其辐射通量为φc，且全部被黑纸片吸收，求该束光单位体积内的光子数n；
(2)光子具有动量。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生一种压力。求上一问中的光对黑纸片产生的压力大小，并判断若将黑纸片换成等大的白纸片，该束光对白纸片的压力有何变化。
22．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．
23．我国非常注重太阳能的开发和利用，太阳能热水器的产量和使用量均为世界第一。光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能、如图所示，真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成内能，这种镀膜技术的物理依据是什么？请查阅相关资料后与同学分享所得。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．A
3．D
4．A
5．C
6．C
7．D
8．C
9．A
10．C
11．C
12．D
13．A
14．B
15．A
16． 对 对 对 错
17． 为0 1∶2
18． 1:2
19． BC hv/c P/c
20．p’=p=5.44×10－27kgm/s
21．(1)；(2)光对黑纸片产生的压力大小为，该束光对白纸片的压力变大
22．(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)==
23．
光照在薄膜两表面上被反射回去，在叠加处由于光程差使得两束反射光出现振动减弱，导致相互抵消，从而增强光的透射能力，这是依据光的干涉原理。
答案第1页，共2页