2019-2020学年鲁科版选修3-5 5.4“基本粒子”与恒星演化 同步练习（解析版)

5.4“基本粒子”与恒星演化
同步练习（解析版)
1．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
2．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，叫做德布罗意波。现有一德布罗意波波长为λ1的中子和一德布罗意波波长为λ2的氘核相向对撞后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为
A． B． C． D．
3．关于近代物理实验，下列说法正确的有
A．光电效应实验中，一定颜色的可以产生光电效应的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多
B．在光电效应实验中，入射光的频率大于截止频率时不发生光电效应
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．以下说法符合物理学史的是_______
A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
B．康普顿效应表明光子具有能量
C．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性
D．汤姆逊通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
E. 卢瑟福利用α粒子轰击氮核发现了质子，并预言了中子的存在
5．下列说法中正确的有　　　　.
A．黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构
C．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，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
6．下列说法中正确的有___________。
A．按照德布罗意关于实物粒子波动性的假说，物质波的波长λ=
B．裂变反应中，常用“慢化剂”让裂变产生的快中子减速
C．研究光电效应实验时，所加的电压高于遏止电压时，将不发生光电效应现象
D．α射线、β射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的
7．以下说法中正确的是（　　）
A．如甲图是α粒子散射实验示意图，当显微镜在A、B、C、D中的A位置时荧光屏上接收到的α粒子数最多．
B．如乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时吸收了一定频率的光子能量．
C．如丙图是光电效应实验示意图，当光照射锌板时验电器的指针发生了偏转，则此时验电器的金属杆带的是正电荷．
D．如丁图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性．
8．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是
A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利慢中子衍射来研究晶体的结构
D．电子显微镜发出一束电子,穿透物体后在屏幕上形成条纹
E.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
9．根据物质波理论，以下说法中正确的是(　　)
A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B．宏观物体和微观粒子都具有波动性
C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长
D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显
10．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图案如图所示，则（ ）
A．光的能量在胶片上分布不均匀
B．单个光子的分布是随机的，大量光子的分布满足统计规律
C．时间较长的图案不同于强光的单缝衍射图样
D．图案表明光是一种概率波
11．光具有波粒二象性，光子的能量为，其中频率表征波的特性。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为。若某激光管以的功率发射波长的光束。求：
（1）该管在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的光束对它的作用力为多大？
12．如图所示为示波管示意图，电子的加速电压U=104V，打在荧光屏上电子的位置确定在0.1mm范围内，可以认为令人满意，则该范围内电子的速度是否可以完全确定？是否可以用经典力学来处理？已知电子质量m=9.1×10-31kg.
13．在验证光的波粒二象性的实验中，采用很微弱的光流，使光子一个一个地通过狭缝．如曝光时间不太长，底片上出现___________；如时间足够长，底片上将会显示___________．（无规则分布的点子，规则的衍射条纹）
14．一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核（碰撞过程中不受其他外力），该氚核的德布罗意波长为_______________________。
参考答案
1．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。
2．D
【解析】
【分析】
任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波．分别写出中子和氘核的动量的表达式，然后根据动量守恒定律得出氚核的动量，代入公式即可．
【详解】
中子的动量，氘核的动量；对撞后形成的氚核的动量P3=P2-P1；所以氚核的德布罗意波波长为，故选D。
【点睛】
同一物质不同的速度，对应的德布罗意波的波长也不相同．记住德布罗意波波长表达式。
3．AC
【解析】A、入射光的强度越强,单位时间内射到金属上的光子数就越多,发射出光电子数就越多,则形成的光电流越大,所以光电流强度与入射光的强度成正比,所以A选项是正确的;B、发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,才能发生光电效应,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,所以C选项是正确的;D、相同动能的一个电子和一个质子,由 可以知道,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;
故选AC
4．ACE
【解析】
【详解】
A项：普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A正确；
B项：康普顿效不仅表明了光子具有能量，还表明了光子具有动量，故B错误；
C项：德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性，故C正确；
D、E项：卢瑟福利用α粒子轰击氮核发现了质子，并预言了中子的存在，提出了原子具有核式结构，故D错误，E正确。
故选：ACE。
5．AD
【解析】
【详解】
黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项A正确；卢瑟福在用α粒子轰击金箔的实验中，提出原子核式结构学说，天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构。故B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，但是没能解释所有原子光谱，选项C错误；德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，选项D正确；故选AD.
6．BD
【解析】
【分析】
实物粒子也具有波动性，在核反应堆中，为使快中子减速，在轴棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，α射线、β射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。
【详解】
A项：实物粒子也具有波动性，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波，物质波的波长，故A错误；
B项：在核反应堆中，为使快中子减速，在轴棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，故B正确；
C项：研究光电效应实验时，所加的电压高于遏止电压时，能发生光电效应，只是不能形成光电流，故C错误；
D项：α射线、β射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，故D正确。
故选：BD。
7．ACD
【解析】
【分析】
（1）放射源放出一束射线轰击金箔，运用显微镜前荧光屏去观察射线的位置，了解α粒子散射实验的实验现象即可正确解答；
（2）用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电核；
（3）当光子的频率大于极限频率时，发生光电效应，金属板将带正电；
（4）衍射是波特有的性质；
【详解】
A、图示是α粒子散射实验示意图，当显微镜在A、B、C、D中的A位置时荧光屏上接收到的α粒子数最多。故A正确；
B、图示是氢原子的能级示意图，结合氢光谱可知，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射了一定频率的光子能量。故B错误；
C、当光照射锌板时，金属板失去电子，将带正电，所以与之相连的验电器的指针将发生偏转，此时验电器的金属杆带的是正电荷。故C正确；
D、图示是电子束穿过铝箔后的衍射图样，由于衍射是波特有的性质，所以该实验现象说明实物粒子也具有波动性。故D正确；
故本题选ACD。
【点睛】
（1）由α粒子的散射实验可知，原子内部的结构：中心有一个很小的核，全部正电荷及几乎全部的质量都集中在里面，外面自由电子绕核高速旋转，知道α粒子的散射实验的结果；（2）解决本题的关键知道发生光电效应时有光电子从金属中飞出，理解光电效应的产生；（3）理解光电效应产生的条件，以及光电流大小的决定因素，并能在具体问题中正确应用．
8．ACD
【解析】
【详解】
干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，所以A正确；β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，所以B错误；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明中子具有波动性，所以C正确；电子显微镜发出一束电子，穿透物体后在屏幕上形成条纹，属于电子束的衍射现象，说明电子束的波动性，选项D正确；光电效应实验，说明的是能够从金属中打出光电子，说明的是光的粒子性，故E错误；故选ACD.
9．BD
【解析】
【详解】
AB、任何一个运动着的物体,小到电子质子大到行星太阳,都有一种波与之对应这种波称为物质波 ,是波就具备波的特性——波动性，故A错；B对
C、宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太短.故C错误;D、质子和电子都有波动性,由,可以知道,相同速度的电子和质子,因为质子的质量较大,所以其物质波波长较短,所以电子的波动性更为明显.故D对；
故选BD
【点睛】
德布罗意波理论告诉我们,一切运动的微粒都有一种波与之对应,即一切运动的微粒都具有波粒二象性.电子有波动性,但在一定的条件下才能表现出来.
10．ABD
【解析】
【详解】
时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，说明了单个光子表现为粒子性，光子到达的多的区域表现为亮条纹，而光子到达的少的区域表现为暗条纹，说明光的能量在胶片上分布不均匀，光到达胶片上不同位置的概率不相同，即图案表明光是一种概率波，故AD正确；时间较长的图案表明光子到达的较多，于强光的单缝衍射图样相同，选项C错误；据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，单个光子的分布是随机的，而大量光子表现为波动性，光子的分布满足统计规律，故B正确；故选ABD．
【点睛】
本题主要考查了光的波粒二象性及其表现形式，其实这类题目往往考查的内容很基础，故只要注意基础知识的积累，就能顺利解决此类题目.
11．（1）个（2）
【解析】
【详解】
(1)没在时间内发射出的光子数为n，光子频率为v，每个光子的能量为，则：
又，则：
将代入上式，解得：个
(2)在时间内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末态总动量变为0，根据题中信息可知，个光子的初态总动量为：
根据动量定理可知：
黑体表面对光子的作用力为：
根据牛顿第三定律，光子对黑体表面的作用力为
12．电子的速度可以完全确定 可以用经典力学来处理
【解析】
【详解】
Δx=0.1mm=10－4m，由得，动量的不确定量最小值Δp≈5×10-31kg·m/s，其速度不确定量最小值.由，可解得v=6×107m/s，由于Δv＜＜v，则电子的速度可以完全确定，故可以用经典力学来处理.
13．无规则分布的点子规则的衍射条纹
【解析】
【详解】
使光子一个一个地通过单缝，根据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，而大量光子表现为波动性，故曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子；如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其它地方机会较少，因此会出现衍射图样．
14．
【解析】中子的动量，氘核的动量
对撞后形成的氚核的动量，所以氚核的德布罗意波波长为
【点睛】任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波．分别写出中子和氘核的动量的表达式，然后根据动量守恒定律得出氚核的动量，代入公式即可．