5.2 康普顿效应 同步练习 (含答案解析) (1)

第二节
康普顿效应
同步练习
一、选择题（本题包括12小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分，共72分）
1.有关光的本性的说法正确的是(
)
A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性
B.光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子
C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D.在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性
2.下列说法正确的是（
）
A.光子和电子一样，都是实物粒子
B.光子和电子都能发生衍射现象
C.光子和电子均是微观实物粒子，均具有波粒二象性
D.光子具有波粒二象性，电子只具有粒子性
3.下列现象中能说明光具有粒子性的是（
）
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和衍射
C.光的反射和光的折射
D.康普顿效应和光电效应
4.在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量=1.67×10-27
kg,普朗克常量=6.63×10-34
J·s,可以估算德布罗意波长=1.82×10-10
m的热中子动能的数量级为（
）
A.10-17
J
B.10-19
J
C.10-21
J
D.10-24
J
5.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有个频率为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（为普朗克常量）(
)
A.
B.
C.
D.
6.频率为的光子，具有的能量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原的运动方向，这种现象称为光的散射.散射后的光子（
）
A.虽改变原的运动方向，但频率保持不变
B.光子将从电子处获得能量，因而频率将增大
C.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反
D.由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率
7.下列说法中正确的是（
）
A.光的波粒二象性学说是牛顿的微粒说加惠更斯的波动说组成的
B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说
C.光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量中，频率表示波的特征，表示粒子的特征
D.光波不同于宏观观念中连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
8.关于光的波动性与粒子性，以下说法不正确的是（
）
A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说
B.光电效应现象和康普顿效应说明了光的粒子性
C.光波不同于机械波，它是一种概率波
D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一
9.关于光的波粒二象性正确的说法是（
）
A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B.光的波长越长，光子的能量越小，波动性越显著
C.频率高的光子不具有波动性，波长长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果只体现为粒子性，大量光子产生的效果只体现为波动性
10.物理学家做了一个有趣的实验：
在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识，其中正确的是（
）
A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子
B.单个光子的运动没有确定的轨道
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才表现出波动性
E.光的波动性不是光子之间的相互作用引起的
11.关于光的本性，下列说法正确的是（
）
A.光子说并没有否定光的电磁说
B.光电效应现象反映了光的粒子性
C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出的
D.大量光子产生的效果体现为粒子性，个别光子产生的效果体现为波动性
12.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（
）
A.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
C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往显示出粒子性
二、计算题（本题共2小题，共28分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13.（12分）已知人眼瞳孔的直径为，一秒钟进入瞳孔个波长为的光子时，就能引起视觉，若辐射功率为的点光，能发出波长为的光，则此光能被人眼看到的最大距离是多少？
14.（16分）光具有波粒二象性，光子的能量，其中频率表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系.
若某激光管以=60
W的功率发射波长=663
nm的光束，试根据上述理论计算：
（1）该管在1
s内发射出多少个光子？
（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力为多大？
第二节
康普顿效应
参考答案
一、选择题
1.
C
解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样,惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同,这两种观点是相互对立的,都不能说明光的本性,所以A、B错误,C正确.在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明暗均匀的条纹,单缝出现中央亮而宽、周围暗而窄的条纹,都说明光的波动性.当让光子一个一个地通过单缝时,曝光时间短时表现出粒子性,曝光时间长时显出波动性,因此D错误.
2.
B
解析：光子不是实物粒子,微观粒子也具有波动性,故B项正确,A、C、D项错误.
3.D解析：光的折射、光的干涉和衍射说明光具有波动性，光的色散、康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，光的反射即能体现光的波动性也能体现光的粒子性，故选项A、B、
C错误，选项D正确.
4.
C
解析：据;
即,代入数据可得动能数量级为10-21
J,故C项正确.
5.C
解析：单个光子的能量为,所以个光子的总能量为.
6.D
解析：根据碰撞的特点可知，光子与电子相互作用后，其中一部分能量转移给电子，而致使自身的能量减少，故频率减小，波长变长.
7.CD
解析：牛顿的微粒说认为光是由物质微粒组成的，惠更斯的波动说认为光是机械波，都是从宏观现象中形成的观念，故都不准确.
8.BC
9.AB
解析：干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此任何光波都具有波粒二象性，选项C错误.但波长越长，频率越低的光波，干涉和衍射越容易发生，波动性越显著；频率越高，光子的能量越大，越容易发生光电效应，粒子性越显著，故选项A、B正确.光具有波粒二象性，个别光子产生的效果粒子性较显著，大量光子产生的效果波动性较显著，而非只体现为粒子性或波动性，故D错.
10.BCDE
解析：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质.
11.AB
解析：光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律.光子说和电磁说各自解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的.
12.C
解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为（如光电效应）表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子.虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样一种粒子.光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越明显，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就越显著.
二、计算题
13.解：点光发射的光子的能量为
点光每秒钟发射的光子数为
单位时间内，以点光为球心，半径为的球面上单位面积上的光子数为（即是人眼到光的最大距离）
从而应有
解得.
14.解：（1）设管在时间内发射出的光子数为，光子频率为，每个光子的能量,所以.且.
解得个=2.0×1020
个.
(2)在时间内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，个光子的总动量.
根据动量定理有,解得黑体表面对光子束的作用力为
N=2.0×10-7
N.
又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力
2.0×10-7
N.