4.3光的波粒二象性基础巩固练习(Word版含答案)

4.3光的波粒二象性基础巩固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．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
2．对于光的认识，下列说法不正确的是（ ）
A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的
B．光既具有波动性又有粒子性
C．光具有波动性就不具备粒子性，反之亦然
D．光不但是一种波，而且是一种电磁波
3．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
4．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
5．下列说法不正确的是(　　)
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体是一种理想化模型，其辐射强度与温度有关，当温度升高时，黑体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，会把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变短
6．关于康普顿效应，下列说法正确的是 (　　)
试卷第1页，共3页
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
7．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的为（　　）
A．电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的粒子性解释
B．光电效应实验中，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
C．康普顿效应说明光具有波动性
D．黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波
8．下列说法正确的是（　　）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
9．下列说法正确的是（ ）
A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B．康普顿在研究石墨对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
C．波尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
D．由可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几天后将有氧气生成
10．2018年11月16日，第26届国际计量大会通过“修订国际单位制”决议，正式更新包括国际标准质量单位“千克”在内的4项基本单位定义。其中，千克将用普朗克常量（h）定义，安培将用电子电荷量（e）定义，以基本物理常数定义计量单位，可大大提高稳定性和精确度。关于普朗克常量和电子电荷量的单位，下列正确的是（　　）
A．电子电荷量的单位为 B．电子电荷量的单位为
C．普朗克常量的单位为 D．普朗克常量的单位为
11．下列说法中正确的是（ ）
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短
B．黑体辐射时，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频率较小的方向移动
C．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定剩下1个原子核了
D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成
12．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．
13．下列说法中正确的是（　　）
A．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
B．康普顿效应说明光子既有能量又有动量
C．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性
D．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动
14．下列叙述中符合物理学史的是
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子和质子的存在
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的
C．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区的波长公式
D．康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现光具有波动性
15．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。关于对物理学发展过程的认识，下列说法正确的是（　　）
A．贝克勒尔发现天然放射现象，其中射线来自原子最外层电子的运动
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
D．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核的复杂结构
二、填空题（共4题）
16．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”)．
17．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）
18．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”）．
19．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_____。
三、综合题（共4题）
20．上题中，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．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．
（1）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v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：
a．该激光器在单位时间内发出的光子数N；
b．该激光作用在物体表面时产生的光压I．
（2）从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁撞击引起的．正方体密闭容器中有大量运动的粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量为n．为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；速率均为v，且与容器壁各面碰撞的机会均等；与容器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与容器壁垂直，且速率不变．
a．利用所学力学知识，推导容器壁受到的压强P与m、n和v的关系；
b．我们知道，理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即，式中α为比例常数．请从微观角度解释说明：一定质量的理想气体，体积一定时，其压强与温度成正比．
22．原子激光制冷是一种利用激光使原子减速、降低原子温度的技术。冷原子实验中减速原子束流的塞曼减速装置如图所示：一束与准直后的原子束流反向传播的单频激光与原子发生散射，以达到使原子减速的目的。原子和光子的散射后过程可理解为原子吸收光子、随即各向同性地发射相同能量光子的过程。单位时间内一个原子散射光子的数目称为散射速率是。当原子的能级与激光频率共振时，原子散射光子的散射速率最大，减速效果最好。然而，在正常情况下，当原子速度改变（被减速）后，由于多普勒效应，原子与激光不再共振，造成减速暂停。塞曼减速装置利用原子跃迁频率会受磁场影响的特性（塞曼效应：原子的能级会受到外磁场影响，从而能级间跃迁所吸收的光的频率也会受到外磁场的影响），利用随空间变化的磁场来补偿多普勒效应的影响，使原子在减速管中处处与激光共振，直至将原子减速至接近静止。
（1）考虑被加热到的原子气体，问准直后（假设准直后原子只有一个方向的自由度）的原子的方均根速率是多少？
（2）激光与对应的原子跃迁共振时，原子对光子的散射速率为。已知用于减速原子的激光波长是，问原子做减速运动时的加速度为多少？将具有方均根速率的原子一直被激光共振减速至静止所需的距离是多少？
（3）不考虑磁场的影响，试计算激光频率应该比原子静止时的激光共振频率减小多少才能与以方均根速率（向着光源方向）运动的原子发生共振跃迁？
（4）已知在磁场的作用下，原子对应的跃迁的频率随磁感应强度变大而线性变小（塞曼效应）式中，系数。假设在准直管出口处原子以均方根速率朝激光射来的方向运动，同时假设在准直管出口处的磁感应强度为0.为了使原子在减速管中（直至原子减速至接近静止）处处被激光共振减速，需要加上随着离准直管出口处距离而变化的磁场来补偿多普勒效应的影响。试求需要加上的磁场的磁感应强度与的关系。已知普朗克常量，玻尔兹曼常量，单位原子质量。
23．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）
参考答案：
1．A
2．C
3．A
4．D
5．D
6．C
7．B
8．C
9．B
10．A
11．D
12．B
13．B
14．C
15．C
16． 变大
17． 1:2
18． 1 变长
19． 大于 变大
20．p’=p=5.44×10－27kgm/s
21．（1）a. b. （2）a. b.见解析
22．（1）（2） （3）（4）
23．
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。
答案第1页，共2页