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
一、选择题（共16题）
1．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（ ）
A．能量守恒，动量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λλ′ D．能量守恒，动量守恒，且λλ′
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．下列说法正确的是
A．汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，判定其本质是带负电的粒子流，并最终发现了电子
B．爱因斯坦提出了能量量子化的概念
C．不确定关系告诉我们，微观物理学中，粒子的位置和动量测不准
D．康普顿效应说明光具有波动性
4．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
5．下列说法正确的是（ ）
A．一束正在传播的光，有的光是波，有的光是粒子，具有波粒二象性
B．光电效应、康普顿效应、光的衍射都证明光具有粒子性
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，发现了原子核内部存在中子
D．真空中波长为的光，每个光子的能量为
6．关于波粒二象性，下列说法正确的是(　　)
A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应
B．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大
C．图丙说明光子既有粒子性也有波动性
D．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性
7．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
8．下列说法中不正确的是（ ）
A．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
B．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
C．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
D．光电效应现象揭示了光的粒子性
9．巴耳末系是指氢原子从能级跃迁到能级时发出的光谱线系如图甲所示。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，已知可见光的波长在400nm-700nm之间，则下列说法正确的是（　　）
A．谱线对应光子的能量大于谱线对应光子的能量
B．属于巴耳末系的、、、谱线均属于可见光
C．大量处于能级的氢原子向基态跃迁过程，可辐射出6种处于巴耳末线系的光子
D．谱线的光照射极限频率为的钨，能发生光电效应现象
10．下列叙述正确的是（　　）
A．康普顿效应和光电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，后者表明光子除具有能量之外还具有动量
B．氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近轨道，放出光子，电子的动能减小，电势能增加
C．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定大于吸收光子的频率
D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度偏转提出了原子的核式结构模型
11．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
12．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
13．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
二、多选题
14．下列有关光的说法中正确的是(　　)
A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性
C．光有时是波，有时是粒子
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
15．COVID﹣19引起的肺炎病人在进行CT诊断时，肺部影像呈白色（“白肺”），其物理原理是利用X射线穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图象。X射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的密度等因素有关。密度越小，吸收X射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气等。密度越大，吸收X射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等。X射线被物质的吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应。依据以上信息，下列说法中，正确的是（　　）
A．光电效应现象是爱因斯坦最先发现的
B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性
C．光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大
D．X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性
16．下列说法正确的是（）
A．美国物理学家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，除了与入射波波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象说明了光具有粒子性．
B．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，新形成的原子核会辐射γ光子，形成γ射线．
C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量
D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是
二、填空题
17．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。( )
18．（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）
综合题
19．光照射到物体表面时，如同大量粒子与墙壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力。一台发光功率为的激光器发出一束频率为ν的激光，普朗克常量为h。
（1）求频率为ν的激光光子动量p和能量E；
（2）求该激光器每秒钟发出的激光光子的个数n；
（3）已知光束的横截面积为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，试写出其在物体表面引起的压力的表达式。
20．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）
21．小玲同学认为，光波和声波都具有波动性，只不过光波的频率高，波长较短、对此，你认同她的观点吗？为什么？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒。
光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，
根据
知波长变长，即λ<λ′。
A. 能量守恒，动量守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故A错误；
B. 能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故B错误；
C. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论相符，故C正确；
D. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论不符，故D错误。
故选：C.
2．A
【详解】
A．粒子散射实验表明了原子具有核式结构，A正确；
B．光具有波粒二象性，光电效应证实了光具有粒子性，B错误；
C．电子的发现表明了原子不是构成物质的最小微粒，天然放射现象揭示了原子核有内部结构，可以再分，C错误；
D．康普顿效应证实了光具有粒子性，D错误。
故选A。
3．A
【详解】
A项：汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷，最终发现了电子，故A正确；
B项：普朗克提出了能量量子化的概念，故B错误；
C项：根据不确定关系可知，在微观物理学中，不能同时准确地测得粒子的位置和动量，故C错误；
D项：康普顿效应说明光的粒子性，故D错误．
4．C
【详解】
A．半衰期的对大量原子核的衰变的统计规律，对于少量是不成立的，故A错误；
B．根据α、β、γ三种射线特点可知，γ射线穿透能力最强，电离能力最弱，α射线电离能量最强，穿透能力最弱，为了能够准确测量铝板的厚度，探测射线应该用β射线；故B错误；
C．根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，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。故C正确；
D．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ν′比原来光子的频率ν小，说明了光子具有粒子性。故D错误。
故选：C。
5．D
【详解】
所以的光都具有波粒二象性，光同时具有波和粒子的特性，故A错误；光电效应、康普顿效应都证明光具有粒子性，光的衍射证明了光的波动性，故B错误；卢瑟福通过粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，而不能说明证实了原子核内存在中子，故C错误；真空中波长为的光，每个光子的能量为，故D正确．所以D正确，ABC错误．
6．D
【详解】
A项：由光电效应可知，当入射光的频率大于金属极限频率时，能发生光电效应，由于紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其它的光的频率不一定比金属极限频率大，所以其他可见光照射到锌板上不一定可以发生光电效应，故A错误；
B项：由爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能与光照强度无关，故B错误；
C项：图丙说明光子具有粒子性，故C错误；
D项：戴维孙和G P 汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了上图的衍射图样，从而证实电子具有波动性，故D正确．
7．C
【详解】
A．贝克勒尔发现天然放射现象，其中射线来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项A错误；
B．康普顿效应说明光具有粒子性，选项B错误；
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，选项C正确；
D．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误。
故选C。
8．B
【详解】
A．光波不同于宏观概念中那种连续的波，它是一份一份的，如果让光通过一个很窄的狭缝，狭缝只能让光子一个一个的通过，打到感光胶片上，则在感光胶片上出现一些随机亮点，长时间曝光会出现明暗相间的条纹，亮纹表明光子到达的概率大，而暗纹表明光子到达的概率小，因此光波是一种概率波，A正确；
B．康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量，B错误；
C．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性，后来通过电子的衍射图案证明了该理论的正确性，C正确；
D．光电效应现象揭示了光的粒子性，D正确。
故不正确的选B。
9．B
【详解】
A．光的波长越长，由可知其频率就越低，由可知其能量就越小，故A错误；
B．由图乙可知巴耳末系的、、、谱线的波长在400nm-700nm之间，即属于可见光，故B正确；
C．巴耳末系是指氢原子从更高能级跃迁到能级时发出的光谱线系，从能级跃迁到能级，只能辐射出２种处于巴耳末线系的光子，故C错误；
D．谱线的光，波长约为，其频率为
所以照射钨时不能发生光电效应，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．康普顿效应和光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子除具有能量之外还具有动量，后者表明光子具有能量，A错误；
B．氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近轨道，释放一定频率的光子，电子的轨道半径变小，电场力做正功，电子的动能增大，电势能减小，B错误；
C，处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率应小于或等于吸收光子的频率，C错误；
D．α粒子散射实验中极少数α粒子发生大角度偏转是卢瑟福提出原子核式结构模型的主要依据，D正确.。
故选D。
11．C
【详解】
光电效应中，从金属逸出的光电子是电子，选项A错误；图中为使电流表的示数减小为零应将触头P向a端移动，增加光电管的反向电压，选项B错误；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，则 ；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，则，解得普朗克常量h= （e为电子的电量），选项C正确；光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，选项D错误；故选C.
12．B
【详解】
A．根据光电效应方程Ekm=hγ-W0知，最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不成正比，故A错误；
B．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，则动量减小，故B正确；
C．原子核衰变时电荷数和质量数都守恒，但质量不守恒，故C错误；
D．现在地球上消耗的能量，绝大部分来自太阳，即太阳内部聚变时释放的核能，故D错误．
故选B。
13．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。
14．BD
【详解】
A、光电效应现象中能产生光电子，但不是光子转化为电子，故A错误；
B、光的波动性是大量光子表现出来的现象，粒子性是少数粒子具有的性质，故B正确；
C、光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性，故C错误；
D、康普顿效应表明光子也具有能量和动量，和电子、质子等实物粒子一样，说明了光子具有粒子性，故D正确．
15．BCD
【详解】
A．光电效应现象是赫兹最先发现的。故A错误；
B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性。故B正确；
C．根据光电效应过程
可知，光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大。故C正确；
D．X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性。故D正确。
故选BCD。
16．ABD
【详解】
A．美国物理学家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，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，此现象称为康普顿效应，故A正确；
B．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变；放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，因此γ射线经常伴随α射线和β射线产生，故B正确；
C．结合能是指由于核子结合成原子核而放出的能量，不是原子核具有的能量，故C错误；
D．该核反应方程式符合质量数守恒与电荷数守恒，故D正确；
17． 对 对 对 错
【解析】
略
18． BC hv/c P/c
【详解】
(1)A：图甲中放射源放出的三种射线是α射线、β射线、γ射线，α射线是原子核发生α衰变，β射线是原子核发生β衰变后产生的，γ射线是伴随前两者产生的．故A项错误．
B：图乙中用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，锌板发出光电子，锌板和验电器均带正电．故B项正确．
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．故C项正确．
D：图丁中电子束通过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性．故D项错误．
(2) 频率为ν的光子的动量
据动量定理，解得
(3) ①上述衰变的核反应方程
②设钋核的质量为m1、速度为v1，粒子X的质量为m2、速度为v2，
根据动量守恒定律有
据
粒子X的动能
19．（1），；（2）；（3）
【详解】
（1）频率为v的激光光子能量为
根据波速公式
频率为ν的激光光子动量为
代入得
（2）激光器的反射总功率为
得
（3）由动量定理知
代入n、p，光子作用力为
20．见解析
【解析】
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。
21．不认同；见解析
【解析】
光波是电磁波，声波是机械波，本质不同，光波有波粒二象性，声波只能体现波动性，所以不认同她的观点。
答案第1页，共2页