2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修三4.3 光的波粒二象性 课时作业 解析版

4.3 光的波粒二象性
一、单选题
1．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
2．玻尔在卢瑟福的原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型和能级跃迁理论。如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁。下列说法正确的是（　　）
A．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B．氢原子由能级跃迁到能级产生的光频率最大
C．氢原子由能级跃迁到能级产生的光波长最长
D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为
3．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
4．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无关
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
5．以下说法正确的是（　　）
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”
C．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
D．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波
6．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．从到，共发生7次α衰变和3次β衰变
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
7．下列说法正确的是（　　）
A．若要准确地测量宏观物体的动量，由不确定关系可知其位置无法确定
B．在康普顿效应中入射光子与晶体中的电子发生碰撞，光子散射后频率变低
C．用电子流工作的显微镜比用相同大小加速电压下的质子流工作的显微镜放大倍数更好
D．只要空间中某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场就能产生电磁波
8．假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子发生碰撞后，电子向某一方向运动，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光子的散射，散射后的光子跟原来相比（　　）
A．光子将从电子处获得能量，因而频率增大
B．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上
C．由于电子受到碰撞，散射光子的频率低于入射光子的频率
D．散射光子虽改变原来的运动方向，但频率不变.
二、多选题
9．说明光具有粒子性的现象是（ ）
A．光电效应 B．光的干涉
C．光的衍射 D．康普顿效应
10．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是（ ）
A．能量较大的光子其波动性越显著
B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变长了
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产生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能产生光电效应
C．光电效应中，从金属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粒子性
12．2018年10月，利用光的力量来操纵细胞的光镊技术发明者，美国物理学家阿瑟阿什金获得诺贝尔物理学奖。原来光在接触物体后，会对物体产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光镊技术。因此，在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（　　）
A．光镊技术说明了光具有粒子性
B．红色激光光子动量大于绿色激光光子动量
C．在同一玻璃透镜中，红色激光的速度相比绿光的较大
D．在光镊控制系统中，红色激光相比绿光更容易发生全反射
三、解答题
13．观察生活中警示信号灯的颜色，为什么人们不选用其他的颜色作警示呢？
14．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）
15．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。
参考答案：
1．C
【详解】汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子的存在，证实了原子是可以再分的；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构理论．故A、B错误；巴尔末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式，故C正确；康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现光具有粒子性,故D错误．
2．B
【详解】A．这些氢原子总共可辐射出
不同频率的光。故A错误；
BC．根据波尔的跃迁方程，氢原子由能级跃迁到能级时能级差最大，根据爱因斯坦的光子说，产生的光频率最大，波长最小。故B正确；C错误；
D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为
故D错误。
故选B。
3．C
【详解】A. 黑体辐射实验规律告诉我们能量不连续．故A错误；
B. 光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，与光照时间也无关．故B错误；
C. 康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量，故C正确．
D. 相同动能的一个电子和一个质子，由
可知，电子的动量小于质子的动量，再由
则电子的德布罗意波长比质子大，故D错误．
4．D
【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；
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；
C．根据光电效应方程hν＝W0＋eUc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错误。
故选D。
5．B
【详解】A．康普顿效应现象说明光具有粒子性，选项A错误；
B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”，选项B正确；
C．光具有波粒二象性，当光表现出波动性时，仍具有粒子性，光表现出粒子性时，也仍具有波动性，故C错误；
D．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波。故D错误。
故选B。
6．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，故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，电场力正功，电子的动能增大，电势能减小，故B错误；
C．从到，发生α衰变的次数为
发生β衰变的次数为
所以发生β衰变的次数为4次，故C错误；
D．卢瑟福依据α粒子散射实验中极少数α粒子发生大角度偏转为主要依据提出了原子的核式结构模型，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】A．不确定关系表明，在微观世界中，不可以同时准确地确定粒子的位置和动量，故A错误；
B．入射光子与晶体中的电子碰撞，动量变小，根据光子动量
可知波长变长，则频率变低，故B正确；
C．由于质子的质量远大于电子的质量，所以如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，质子的动量更大，波长更小，其分辨率比电子显微镜大，故C错误；
D．均匀变化的电场在它周围产生稳定的磁场，而振荡的电场或磁场是周期性变化的，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场又会产生周期性变化的电场，故振荡的电场或磁场均会产生电磁波，故D错误。
故选B。
8．C
【详解】ACD．光子与静止的电子碰撞，一部分能量转移给电子，所以光子能量减小，根据可得减小，即光子频率减小，所以散射后光子的频率小于入射光子的频率，故AD错误，C正确；
B．光子与静止的电子碰撞后偏离原来的运动方向，根据动量守恒可知，散射后光子的运动方向与电子的运动方向不在同一条直线上，故B错误。
故选C。
9．AD
【详解】AD．光电效应、康普顿效应体现了光的粒子性，故AD符合题意；
BC．光的干涉、衍射说明光具有波动性，故BC不符合题意。
故选AD。
10．CD
【详解】A．由
可知，能量较大的光子其频率较高，波长较短，波动性较不显著，A错误；
B．由
可知，速度相同的质子和电子相比，质子的动量较大，波长较短，波动性较不明显，B错误；
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，C正确；
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，动量减小，由B的解析可知，光子的波长变长，D正确。
故选CD。
11．AD
【详解】A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波，这种与物体的温度有关的辐射叫热辐射，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，金属原子吸收光子后从金属逸出的光电子原子核外的电子，故C错误；
D．光电效应和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，都证实了光具有粒子性，故D正确。
故选AD。
12．AC
【详解】A．光镊技术是微观上光与其他微粒相互作用，说明光具有粒子性，故A正确；
B．因为红光波长大于绿光波长，根据
红色激光光子动量小于绿色激光光子动量，故B错误；
C．红色频率小于绿光频率，红光折射率小于绿光折射率，根据
可知，在同一玻璃透镜中红色激光的速度相比绿光的较大，故C正确；
D．根据
红色激光全反射的临界角大于绿色激光全反射的临界角，红色激光相比绿光更不容易发生全反射，故D错误。
故选AC。
13．在七色光中红黄绿光的波长长，不易被折射，透雾性强作为警示灯更加醒目
【详解】在七色光中红黄绿光的波长长，不易被折射，透雾性强作为警示灯更加醒目。
14．见解析
【详解】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。
15．(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
【详解】(1)一个光子的能量为
光速
得
该束光单位体积内的光子数为n，则在t时间内的光子数
则该束光的辐射能
由辐射通量的定义知
所以
(2)单位时间内通过某一截面的辐射能为，光故单位时间内这些光子的动量为
黑纸片可以将光完全吸收，由
得到黑纸片对这束光的作用力大小为
由牛顿第三定律可知光对黑纸片的作用力大小为；如果换成等大的白纸片，则会发射一部分光，使得光的动量的变化量增大，作用力变大。