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．下列说法正确的是（　　）
A．“康普顿效应”说明光具有能量，“光电效应”说明光具有动量
B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应方程均是
C．对于某种金属来说，其发生光电效应的极限频率是恒定的，且与入射光的强度无关
D．中子与质子结合成氘核时，需要吸收能量
2．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
3．如图所示，a、b两束单色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后从玻璃砖的同一点射出，则（　　）
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光光子的动量大于b光光子的动量
C．在玻璃中，a光的速度大于b光的速度
D．a、b光通过同一个双缝干涉装置，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
4．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
5．下列各种叙述中,符合物理学史实的是( )
A．康普顿效应证明了光具有波动性
B．德布罗意波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,提出了光子说
D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的
6．下列说法正确的是
A．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核具有复杂的结构
B．爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说
C．康普顿效应反映了光的波动性
D．原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件有关
7．下列说法正确的是（　　）
A．所有的核反应都具有质量亏损
B．光子既具有能量，又具有动量
C．高速飞行的子弹不具有波动性
D．β衰变本质是原子核中一个质子释放一个电子而转变成一个中子
8．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
9．关于近代物理实验，下列说法正确的有（ ）
A．黑体辐射的实验表明，微观世界，能量也是连续变化的
B．在光电效应实验中，只要入射光照射时间足够长，一定能发生光电效应
C．康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量
D．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波波长更长
10．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
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．如图所示是研究光电效应的实验装置，说法正确的是（ ）
A．光电效应中，从金属逸出的光电子就是光子
B．图中为使电流表的示数减小为零应将触头P向b端移动
C．用频率为ν1的光照射光电管，改变滑片位置当电流表示数减为零时电压表示数U1，用频率为ν2的光照射光电管，电流表示数减为零时电压表示数U2，可得普朗克常量h= （e为电子的
电量）
D．光电效应说明光具有粒子性康普顿效应说明光具有波动性
13．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）
A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零
B．散射过程中动量守恒定律不成立
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2
D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大
14．两束单色光A、B的波长分别为、，且，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法正确的是（　　）
A．B光在水中发生全反射时的临界角较大
B．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到B光产生的条纹间距较大
C．A、B两种光子的动量之比为
D．光电效应实验中，单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为
15．19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
二、填空题（共4题）
16．康普顿效应和光子的动量
（1）康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长____λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
（2）康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量。
（3）光子的动量
a.表达式：。
b.说明：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，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长_____。
17．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向___________运动，并且波长___________（填“不变”“变小”或“变长”）．
18．科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像．已知普朗克常量为h，真空的光速为c.若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝________，该光子与电子碰撞后其波长将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．
19．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________．
三、综合题（共4题）
20．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。
21．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。我们知道光子的能量，动量，其中为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长。由于光子具有动量，当光照射到物体表面时，会对物体表面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P0的激光器发出一束频率为的激光，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，假设光全部被吸收（即光子的末动量变为0）。求：
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N；
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
22．在学完“光的波粒二象性”内容后，小李同学说：“大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，当光表现出波动性时，就不具有粒子性了；而光表现出粒子性时，就不再具有波动性了。”他的观点正确吗？为什么？
23．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．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．B
3．B
4．D
5．B
6．B
7．B
8．D
9．C
10．C
11．D
12．C
13．D
14．D
15．C
16． 大于 变大
17． 1 变长
18． 变大
19． 为0 1∶2
20．(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
21．(1)；(2)
22．
根据波粒二象性可知个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性。光的波粒二象性可理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，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。
23．
答案第1页，共2页