鲁科版选修3-5 5.2康普顿效应 达标作业（解析版)

5.2康普顿效应
达标作业（解析版)
1．下列说法中正确的是 （ ）
A．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
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成．
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．
2．关于近代物理内容的叙述正确的是（ ）
A．射线与射线一样是电磁波，但穿透本领比射线强
B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量
C．某原子核经过一次衰变和两次衰变后，核内中子数减少6个
D．氡的半衰期为天，4个氡原子核经过天后就一定只剩下1个氡原子核
3．人类在研究光、原子结构及核能利用等方面经历了漫长的过程，我国在相关研究领域虽然起步较晚，但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列，有关原子的相关知识，下列说法正确的是
A．卢瑟福最先发现电子，并提出了原子的核式结构学说
B．光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，且前者可说明光子具有能量，后者除证明光子具有能量，还可证明光子具有动量
C．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的
D．一个铍核（）和一个粒子反应后生成一个碳核，并放出一个中子和能量，核反应方程为
4．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，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
5．下列有关波粒二象性的说法中正确的是
A．爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念，成功解释了黑体辐射强度随波长分布的规律，解决了“紫外灾难”问题
B．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
C．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
D．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目不变，但逸出的光电子最大初动能增加
6．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
7．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变。下图是X射线的散射示意图，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,把部分动量转移给电子,因此光子散射后频率变大
B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小
D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
8．下列说法中不正确的是
A．光电效应表明光子有能量，康普顿效应表明光子有动量，这两者均证明了光的粒子性
B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构
C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了原子的光谱
D．天然放射现象表明原子核有更为精细的结构
9．下列说法正确的有(　　)
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应,改用绿光照射这种金属不一定发生光电效应
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转,这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由玻尔理论可知,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能减小,电势能增大
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,光子散射后波长变长
10．相对论和量子理论是现代物理学两大支柱。量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法正确的是；
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”
B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应
C．康普顿效应证明光具有动量，证明光具有波动性
D．玻尔的能量量子化和电子轨道量子化的观点和现代量子理论是一致的
11．如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线．(h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C)
(1)若高压电源的电压为20kV，求X射线的最短波长；
(2)若此时电流表读数为5mA，1s内产生5×1013个平均波长为1.0×10－10m的光子，求伦琴射线管的工作效率．
12．碰撞在宏观、微观世界中都是十分普遍的现象，在了解微观粒子的结构和性质的过程中，碰撞的研究起着重要的作用。
（1）一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是，该未知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是，已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求：
①该未知粒子的质量；
②该未知粒子的初速度大小。
（2）光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。美国物理学家康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象称为康普顿效应，它说明了光具有粒子性的特征，其简化原理图如下：
对于这种二维非对心碰撞，我们可以按照矢量的合成与分解的原理去分析和处理，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成α角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知入射光波长，普朗克恒量为h，光速为c。
①结合爱因斯坦的光子说和质能方程，试证明光子动量，为光波波长；
②求碰撞后电子的动能和光子的动量大小。
13．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图A、B、C所示的图像，该实验现象说明：个别光子的行为往往显示出__________，大量光子的行为往往显示出__________ （选填“粒子性”、“波动性”、或“波粒二象性”） 。
14．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”)．
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
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波长较短、频率较大的方向移动，选项A错误；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，因此光子散射后能量变小，波长变长，选项B错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子的核式结构理论，选项C错误；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，选项D正确；故选D．
2．B
【解析】γ射线是电磁波，β射线不是电磁波，β射线穿透本领比γ射线弱，选项A错误；光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量，选项B正确；某原子核经过一次衰变核内中子数减小2，两次衰变后，核内中子数减少2个，则核内中子数减少4个，选项C错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，则选项D错误；故选B.
3．B
【解析】
【详解】
A、汤姆孙最先发现电子，卢瑟福提出了原子的核式结构学说，故选项A错误；
B、光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，光电效应说明光子具有能量，康普顿效应可以说明光子具有动量，故选项B正确；
C、射线是高速电子流，来自原子核内部中子的衰变，故选项C错误；
D、该核反应方程中，质量数不守恒，故选项D错误。
4．D
【解析】
【详解】
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；故A错误；碰撞前、后的光子速度不变，故B错误；当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，电子能量增加，故光子能量减小。故C错误。当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大。选项D正确．
5．B
【解析】
【详解】
A、普朗克在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念，故A错；
B、德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性，且波长和物体的动量大小有关，故B对；
C、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，故C错；
D、如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目增大，但逸出的光电子最大初动能不变，故D错；
6．A
【解析】
【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。
7．B
【解析】
【详解】
A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后能量减小，频率变小，选项A错误；
B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量，选项B正确；
C．X光散射后与散射前相比速度不变，均为c，选项C错误；
D．散射后的光子改变原来的运动方向，能量减小，则频率减小，选项D错误。
8．C
【解析】
【详解】
A、光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，它们都是光的粒子性的证明，故A正确；
B、卢瑟福通过粒子的散射实验，提出原子的核式结构模型，故B正确；
C、玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释所有原子光谱的实验规律，故C错误；
D、天然放射现象表明原子核有更为精细的结构，故D正确。
【点睛】
该题考查了原子物理的基础知识，明确卢瑟福通过α粒子的散射实验、波尔理论、光电效应以及天然放射现象是解题的关键。
9．ABD
【解析】
【详解】
A、紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光，因绿光的频率小于紫光，则照射这种金属不一定发生光电效应，故A正确；
B、卢瑟福用α粒子散射实验现象，提出原子核式结构模型，故B正确；
C、玻尔理论可知，核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C错误；
D、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，光子的动量变小，由可知，光子散射后的波长变长，故D正确；
故选ABD。
10．AB
【解析】
【详解】
普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，选项A正确； 爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应，选项B正确；康普顿效应表明光子具有动量，证明光有粒子性，选项C错误；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，且只能解释氢原子光谱，与现代的量子理论不一致的，D错误；故选AB.
11．（1）6.2×10－11 m（2）0.1%
【解析】
【分析】
（1）X射线是电子受激辐射产生的，热阴极产生的电子在高电压的加速下与阳极K碰撞，如果动能全部转化为x射线的光子的能量，对应的波长最短；
（2）根据P=UI求解电源消耗的电功率，根据求解有用功率，得到效率．
【详解】
（1）伦琴射线管阴极上产生的热电子在20kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短．
由得
（2）高压电源的电功率P1=UI=100W，
每秒产生X光子的能量
效率为.
12．(1)① ②；(2)①根据爱因斯坦光子说和质能方程即证；② ，
【解析】
【详解】
(1)设未知粒子的质量为，初速度为：，
未知粒子跟静止的氢原子核正碰时，由动量守恒有：

机械能守恒有：
知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时，由动量守恒有：
机械能守恒有：
联立解得：，；
(2) 根据爱因斯坦光子说：,由质能方程：E=mc2，得光子的动量：；
如图建立xoy坐标系，
光子与电子碰撞前后，沿x方向的分动量守恒：
光子与电子碰撞后，沿y方向的分动量守恒：
联立解得：光子的动量为，
碰前光子的能量为：，碰后光子的能量为：，所以碰后电子的能量为： 。
13．粒子性 波动性
【解析】
【详解】
[1][2]．少量的光子所能到达的位置不能确定，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，单个光子所到达哪个位置是个概率问题；只有当大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故此实验表明了光是一种概率波．
14． 变大
【解析】
【分析】
根据E=hv求出光子的能量；光子与静止电子碰撞后，动量守恒，能量守恒，通过能量守恒判断光子频率的变化，从而得出波长的变化．
【详解】
光子的能量，而光子的频率和波长关系，故；
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，波长变大.
【点睛】
解决本题的关键知道频率与波长的关系，康普顿效应抓住动量守恒和能量守恒．