康南民族高级中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 质量检测（含解析）
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| 名称 | 康南民族高级中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 质量检测（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 201.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 06:36:45 | ||
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4.3光的波粒二象性
1．已知某种光的频率为，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是（ ）
A．这种光子的波长为
B．这种光子的动量为
C．该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时可以产生光的干涉现象
D．用该光照射逸出功为W的金属有电子逸出，则电子的最大初动能为
2．下列说法正确的是
A．在核反应中，由于存在质量亏损，所以质量数不守恒
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性
C．卢瑟福的核式结构模型能够解释氢原子光谱的分立特征
D．比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
3．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，下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错误的是（ ）
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粒子性
C．电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒
D．康普顿效应进一步证实了光的波动特性
4．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
5．用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
C．光只有波动性没有粒子性
D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
6．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（ ）
A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零
B．散射过程中动量守恒定律不成立
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2
D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大
7．关于近代物理学，下列说法正确的是（ ）
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出15种不同频率的光
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少
D．X射线经物质散射后波长变短的现象称为康普顿效应
8．关于光的本性，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应反应光的波动性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说有机地统一起来
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子
9．光具有波粒二象性，能说明光具有粒子性的实验是（ ）
A．光的干涉和衍射 B．光的干涉和光电效应
C．光的衍射和康普顿效应 D．光电效应和康普顿效应
10．关于光的波粒二象性，下列说法不正确的是（ ）
A．波粒二象性指光既具有波动性，又具有粒子性
B．能量越大的光波动性越显著
C．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
D．光波频率越高，粒子性越明显
11．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”） 。
12．用光的_____难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射（选填“微粒说”或“波动说”）。目前认为光具有_____。
13．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．
参考答案
1．D
【解析】
A．由题意可知，这种光子的波长为
故A错误；
B．根据
可得，这种光子的动量为
故B错误；
C．两束光要想发生干涉现象，要求两种光子的频率相同，所以该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时不可以产生光的干涉现象，故C错误；
D．根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电效应逸出光电子的最大初动能为
所以用该光照射逸出功为W的金属有电子逸出，则电子的最大初动能为，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A.核反应有质量亏损，但质量数和电荷数都守恒，故A错误；
B.光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，选项B正确；
C.卢瑟福提出原子核式结构学说，但不能解释原子光谱分立特征，故C错误。
D.比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，故D错误；
3．D
【解析】
α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，选项A正确；光电效应实验表明光具有粒子性，选项B正确；电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒，选项C正确；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
4．C
【解析】
光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著．
【详解】
A．光具有波粒二象性，A错误；
B．电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质粒子，速度可以低于光速；光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是c，所以光子与电子不同，B错误；
C．光波的频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之，波动性越显著，C正确；
D．大量光子运动的规律表现出光的波动性，D错误．
5．B
【解析】
由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图3中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故ACD错误，B正确；故选B．
【点睛】
熟悉了课本的基本知识即可顺利解出此题，故要多读教材，加强对基础知识的积累．
6．D
【解析】
A．没有烟尘时，光的传播方向没有发生改变，U1和U2的大小相等，其比值应该为1，不是零，故A错误；
B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据
故其折射率至少为，故C错误；
D．烟尘浓度越高时，光线被烟尘吸收或散射得就会越多，光线射到6的亮度就会越少，所以U1和U2的差值越大，故D正确。
故选D。
7．C
【解析】
A、绿光的频率小于紫光的频率，紫光照射金属能发生光电效应，绿光照射不一定能发生光电效应，故选项A错误；
B、一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出种不同频率的光，故选项B错误；
C、重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，由于释放能量，有质量亏损，质量减小，故选项C正确；
D、射线经物质散射后波长变长的现象称为康普顿效应，故选项D错误。
8．D
【解析】
光电效应反映光的粒子性，选项A错误；光子的能量由光的频率所决定，选项B错误；光的波粒二象性是将牛顿的微粒说和惠更斯的波动说有机地统一起来，选项C错误；光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，选项D正确；故选D.
9．D
【解析】
光的干涉和衍射是波特有的现象，不能说明光具有粒子性，而光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确。
10．BC
【解析】
A．光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，A正确．
BD．频率越高的光，能量越大，粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著，B错误，D正确．
C．光在传播时表现为波动性，而与物质相互作用时表现为粒子性，C错误．
故选BC。
11．粒子性 波动性
【解析】
[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．
12．微粒说 波粒二象性
【解析】
[1][2]．用光的微粒说难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射．目前认为光具有波粒二象性．
13．（1）6.2×10－11 m（2）0.1%
【解析】
（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.
1．已知某种光的频率为，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是（ ）
A．这种光子的波长为
B．这种光子的动量为
C．该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时可以产生光的干涉现象
D．用该光照射逸出功为W的金属有电子逸出，则电子的最大初动能为
2．下列说法正确的是
A．在核反应中，由于存在质量亏损，所以质量数不守恒
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性
C．卢瑟福的核式结构模型能够解释氢原子光谱的分立特征
D．比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
3．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，下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错误的是（ ）
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粒子性
C．电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒
D．康普顿效应进一步证实了光的波动特性
4．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
5．用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
C．光只有波动性没有粒子性
D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
6．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（ ）
A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零
B．散射过程中动量守恒定律不成立
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2
D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大
7．关于近代物理学，下列说法正确的是（ ）
A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应
B．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出15种不同频率的光
C．重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少
D．X射线经物质散射后波长变短的现象称为康普顿效应
8．关于光的本性，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应反应光的波动性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说有机地统一起来
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子
9．光具有波粒二象性，能说明光具有粒子性的实验是（ ）
A．光的干涉和衍射 B．光的干涉和光电效应
C．光的衍射和康普顿效应 D．光电效应和康普顿效应
10．关于光的波粒二象性，下列说法不正确的是（ ）
A．波粒二象性指光既具有波动性，又具有粒子性
B．能量越大的光波动性越显著
C．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
D．光波频率越高，粒子性越明显
11．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”） 。
12．用光的_____难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射（选填“微粒说”或“波动说”）。目前认为光具有_____。
13．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．
参考答案
1．D
【解析】
A．由题意可知，这种光子的波长为
故A错误；
B．根据
可得，这种光子的动量为
故B错误；
C．两束光要想发生干涉现象，要求两种光子的频率相同，所以该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时不可以产生光的干涉现象，故C错误；
D．根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电效应逸出光电子的最大初动能为
所以用该光照射逸出功为W的金属有电子逸出，则电子的最大初动能为，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A.核反应有质量亏损，但质量数和电荷数都守恒，故A错误；
B.光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，选项B正确；
C.卢瑟福提出原子核式结构学说，但不能解释原子光谱分立特征，故C错误。
D.比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，故D错误；
3．D
【解析】
α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，选项A正确；光电效应实验表明光具有粒子性，选项B正确；电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒，选项C正确；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
4．C
【解析】
光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著．
【详解】
A．光具有波粒二象性，A错误；
B．电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质粒子，速度可以低于光速；光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是c，所以光子与电子不同，B错误；
C．光波的频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之，波动性越显著，C正确；
D．大量光子运动的规律表现出光的波动性，D错误．
5．B
【解析】
由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图3中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故ACD错误，B正确；故选B．
【点睛】
熟悉了课本的基本知识即可顺利解出此题，故要多读教材，加强对基础知识的积累．
6．D
【解析】
A．没有烟尘时，光的传播方向没有发生改变，U1和U2的大小相等，其比值应该为1，不是零，故A错误；
B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据
故其折射率至少为，故C错误；
D．烟尘浓度越高时，光线被烟尘吸收或散射得就会越多，光线射到6的亮度就会越少，所以U1和U2的差值越大，故D正确。
故选D。
7．C
【解析】
A、绿光的频率小于紫光的频率，紫光照射金属能发生光电效应，绿光照射不一定能发生光电效应，故选项A错误；
B、一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出种不同频率的光，故选项B错误；
C、重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，由于释放能量，有质量亏损，质量减小，故选项C正确；
D、射线经物质散射后波长变长的现象称为康普顿效应，故选项D错误。
8．D
【解析】
光电效应反映光的粒子性，选项A错误；光子的能量由光的频率所决定，选项B错误；光的波粒二象性是将牛顿的微粒说和惠更斯的波动说有机地统一起来，选项C错误；光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，选项D正确；故选D.
9．D
【解析】
光的干涉和衍射是波特有的现象，不能说明光具有粒子性，而光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确。
10．BC
【解析】
A．光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，A正确．
BD．频率越高的光，能量越大，粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著，B错误，D正确．
C．光在传播时表现为波动性，而与物质相互作用时表现为粒子性，C错误．
故选BC。
11．粒子性 波动性
【解析】
[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．
12．微粒说 波粒二象性
【解析】
[1][2]．用光的微粒说难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射．目前认为光具有波粒二象性．
13．（1）6.2×10－11 m（2）0.1%
【解析】
（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.