绵阳市普明中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 课时训练（含解析）
文档属性
| 名称 | 绵阳市普明中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 课时训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 130.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 09:00:50 | ||
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文档简介
4.3光的波粒二象性
1．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，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，光波与机械波是同样的一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿那个方向运动，波长如何变化
A．3、变长 B．1、变短 C．1、变长 D．2、不变
3．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中不正确的是( )
A．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量
B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4 g的氡222经过7.6天还剩下1 g的氡222
C．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的
D．重核裂变为几个中等质量的核，则其平均核子质量会增加
4．通过对自然现象及实验现象的仔细观察和深入研究，物理学家得出科学的结论，推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（ ）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．卢瑟福用人工转变的方法发现了质子，并预言了中子的存在
C．玻尔的原子理论成功地解释了原子发光的现象
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子中存在原子核的观点
5．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
6．下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应和电子的衍射现象说明粒子具有波动性
B．α粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径
C．氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子的运动加速度减小
D．氢原子辐射出一个光子后，核外电子的轨道半径增大
7．下列关于光的本性的说法中正确的是（ ）．
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”，综合他们的说法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．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
8．对光的认识，下列说法错误的是（ ）
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
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．光的波动二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显
9．下列说法正确的是（ ）
A．康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略小
B．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态的量子数越大，核外电子动能越大
C．在研究光电效应现象实验中，饱和光电流的大小与入射光的强弱无关
D．平均结合能小的原子核结合成或分裂成平均结合能大的原子核时一定会放出核能
10．下列关于光的干涉和衍射说法中正确的是________
A．双缝干涉证明光具有波动性，单缝衍射证明光具有粒子性
B．双缝干涉是两束相干光叠加出现的干涉现象；薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后叠加形成的干涉现象
C．照相机镜头镀有增透膜，其作用是让各种色光都发生干涉相消，增强透射光
D．双缝干涉时，双缝间距越小，干涉条纹间距越大
E.泊松亮斑是衍射现象，证明了光具有波动性
11．光的波动性是____________光子运动的规律，光波强的地方就是光子____________的地方，光的波长越长____________性越显著，波长越短____________性越显著．
12．20世纪90年代，某剑桥大学学生做了一个实验，在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对这张照片的平均黑度进行测量，从到达底片的能量得出每秒到达底片的光子数个．假如起作用的光波长约为，当时实验用的箱子长为1.2m．
（1）计算从一个光子到下一个光子到达底片相隔的平均时间为_________，设光子是依次到达底片的，光束中邻近光子之间的平均距离为_______．
（2）根据（1）的结果，找到了支持光是概率波的证据．理由是：_________．
13．已知铯的逸出功为1.9eV，现用波长为4.3×10－7m的入射光照射金属铯。
（1）能否发生光电效应？
（2）若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少。（电子的质量为m=0.91×10－30kg）
参考答案
1．D
【解析】
光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．当光和物质作用时，是一份一份的，表现出粒子性；光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波．光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有联系的．光的粒子性并没有否定光的波动性．故D正确，ABC错误。
【点睛】
本题解题的关键是把握住：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．
2．C
【解析】
光子与电子碰撞过程系统动量守恒,系统动量的矢量和不变,碰前动量向右,故碰撞后系统的动量的矢量和也向右,故碰后光子可能沿方向1振动;因为电子动能增加,故光子动减量小,根据,光子的频率减小,根据,波长变长;故C正确；ABD错误．故选C
3．D
【解析】
A．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量，选项A正确；
B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下
的氡222，项B正确；
C．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的，选项C正确；
D．无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故D错误。
故选D。
4．B
【解析】
A．光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，故A错误；
B．卢瑟福用人工转变的方法发现了质子，并预言了中子的存在，故B正确；
C．玻尔的原子理论没有完全成功地解释原子发光现象，故C错误；
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，认为原子核有内部结构，故D错误；
故选B。
5．B
【解析】
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。
6．B
【解析】
A．光电效应现象和康普顿效应现象说明光具有粒子性，故A错误；
B．α粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径，是估计核半径的最简单方法，故B正确；
CD．氢原子辐射出一个光子后能量减小，从高轨道跃迁到低轨道，轨道半径变小，根据：
可知加速度变大，故C错误，D错误。
故选B。
7．C
【解析】
A．牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的。惠更斯提出了“波动说”，光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性。故A错误。
B．光具有波粒二象性，但不能把光看成宏观概念上的波。光的粒子性要求把光看成微观概念上的粒子。故B错误。
C．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。故C正确。
D．频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著。故D错误。
故选C。
8．C
【解析】
A．根据波粒二象性可知个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，A正确；
BCD．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，光的波粒二象性可理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，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，BD正确，C错误。本题选错误的。
故选C。
9．D
【解析】
A．康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，A错误；
B．氢原子处于激发态的量子数越大，电子绕原子核运动的轨道半径越大，运动的线速度越小，动能越小，B错误；
C．饱和光电流的大小由光照强度决定，光照强度越大，饱和光电流越大，C错误；
D．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量，故平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能，D正确。
故选D。
10．BDE
【解析】
A．双缝干涉证明光具有波动性，单缝衍射也证明光具有波动性，选项A错误；
B．双缝干涉是两束相干光叠加出现的干涉现象；薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后叠加形成的干涉现象，选项B正确；
C．照相机镜头镀有增透膜，增透膜的厚度为绿光在增透膜内波长的，各种色光的波长不同，不可能让各种色光都发生干涉相消，故C错误；
D．根据，双缝干涉时，双缝间距d越小，干涉条纹间距越大，选项D正确；
E．泊松亮斑是衍射现象，证明了光具有波动性，选项E正确；
故选BDE.
11．大量 到达多 波动 粒子
【解析】
[1][2][3][4]光具有波粒二象性，光的波动性是大量光子运动的规律，光波强的地方就是光子到达多的地方，光的波长越长波动性越显著，波长越短粒子性越显著。
12． 见解析所示
【解析】
(1)[1]光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔为：
[2]相邻两光子间的平均距离为：
s=c△t=2.4×102 m
(2)[3]由（1）的计算结果可知，两光子间距为2.4×102 m，而箱子长只有1.2m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时运动，这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域
13．（1）能（2）1.2×10－9m
【解析】
（1）入射光子的能量
eV
由于E=2.9eV＞W0，所以能发生光电效应
（2）根据光电效应方程可得光电子的最大初动能
Ek=hv－W0=1.6×10－19J
而光电子的最大动量
则光电子的德布罗意波波长的最小值
1．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，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，光波与机械波是同样的一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
2．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿那个方向运动，波长如何变化
A．3、变长 B．1、变短 C．1、变长 D．2、不变
3．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中不正确的是( )
A．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量
B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4 g的氡222经过7.6天还剩下1 g的氡222
C．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的
D．重核裂变为几个中等质量的核，则其平均核子质量会增加
4．通过对自然现象及实验现象的仔细观察和深入研究，物理学家得出科学的结论，推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（ ）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．卢瑟福用人工转变的方法发现了质子，并预言了中子的存在
C．玻尔的原子理论成功地解释了原子发光的现象
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，提出了原子中存在原子核的观点
5．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
6．下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应和电子的衍射现象说明粒子具有波动性
B．α粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径
C．氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子的运动加速度减小
D．氢原子辐射出一个光子后，核外电子的轨道半径增大
7．下列关于光的本性的说法中正确的是（ ）．
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”，综合他们的说法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．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
8．对光的认识，下列说法错误的是（ ）
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
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．光的波动二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显
9．下列说法正确的是（ ）
A．康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略小
B．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态的量子数越大，核外电子动能越大
C．在研究光电效应现象实验中，饱和光电流的大小与入射光的强弱无关
D．平均结合能小的原子核结合成或分裂成平均结合能大的原子核时一定会放出核能
10．下列关于光的干涉和衍射说法中正确的是________
A．双缝干涉证明光具有波动性，单缝衍射证明光具有粒子性
B．双缝干涉是两束相干光叠加出现的干涉现象；薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后叠加形成的干涉现象
C．照相机镜头镀有增透膜，其作用是让各种色光都发生干涉相消，增强透射光
D．双缝干涉时，双缝间距越小，干涉条纹间距越大
E.泊松亮斑是衍射现象，证明了光具有波动性
11．光的波动性是____________光子运动的规律，光波强的地方就是光子____________的地方，光的波长越长____________性越显著，波长越短____________性越显著．
12．20世纪90年代，某剑桥大学学生做了一个实验，在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对这张照片的平均黑度进行测量，从到达底片的能量得出每秒到达底片的光子数个．假如起作用的光波长约为，当时实验用的箱子长为1.2m．
（1）计算从一个光子到下一个光子到达底片相隔的平均时间为_________，设光子是依次到达底片的，光束中邻近光子之间的平均距离为_______．
（2）根据（1）的结果，找到了支持光是概率波的证据．理由是：_________．
13．已知铯的逸出功为1.9eV，现用波长为4.3×10－7m的入射光照射金属铯。
（1）能否发生光电效应？
（2）若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少。（电子的质量为m=0.91×10－30kg）
参考答案
1．D
【解析】
光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．当光和物质作用时，是一份一份的，表现出粒子性；光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波．光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有联系的．光的粒子性并没有否定光的波动性．故D正确，ABC错误。
【点睛】
本题解题的关键是把握住：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．
2．C
【解析】
光子与电子碰撞过程系统动量守恒,系统动量的矢量和不变,碰前动量向右,故碰撞后系统的动量的矢量和也向右,故碰后光子可能沿方向1振动;因为电子动能增加,故光子动减量小,根据,光子的频率减小,根据,波长变长;故C正确；ABD错误．故选C
3．D
【解析】
A．康普顿效应证实了光子像其他粒子一样，不但具有动能，也具有动量，选项A正确；
B．氡222的半衰期为3.8天，则质量为4g的氡222经过7.6天还剩下
的氡222，项B正确；
C．玻尔理论解释了原子发射出来的光子其谱线为什么是不连续的，选项C正确；
D．无论是重核裂变还是轻核聚变，组成原子核的核子的平均质量均会减小，故D错误。
故选D。
4．B
【解析】
A．光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，故A错误；
B．卢瑟福用人工转变的方法发现了质子，并预言了中子的存在，故B正确；
C．玻尔的原子理论没有完全成功地解释原子发光现象，故C错误；
D．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，认为原子核有内部结构，故D错误；
故选B。
5．B
【解析】
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。
6．B
【解析】
A．光电效应现象和康普顿效应现象说明光具有粒子性，故A错误；
B．α粒子散射实验可以用来确定原子核电荷量和估算原子核半径，是估计核半径的最简单方法，故B正确；
CD．氢原子辐射出一个光子后能量减小，从高轨道跃迁到低轨道，轨道半径变小，根据：
可知加速度变大，故C错误，D错误。
故选B。
7．C
【解析】
A．牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的。惠更斯提出了“波动说”，光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性。故A错误。
B．光具有波粒二象性，但不能把光看成宏观概念上的波。光的粒子性要求把光看成微观概念上的粒子。故B错误。
C．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。故C正确。
D．频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著。故D错误。
故选C。
8．C
【解析】
A．根据波粒二象性可知个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，A正确；
BCD．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，光的波粒二象性可理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，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，BD正确，C错误。本题选错误的。
故选C。
9．D
【解析】
A．康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，A错误；
B．氢原子处于激发态的量子数越大，电子绕原子核运动的轨道半径越大，运动的线速度越小，动能越小，B错误；
C．饱和光电流的大小由光照强度决定，光照强度越大，饱和光电流越大，C错误；
D．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量，故平均结合能小的原子核结合成或分解成平均结合能大的原子核时一定放出核能，D正确。
故选D。
10．BDE
【解析】
A．双缝干涉证明光具有波动性，单缝衍射也证明光具有波动性，选项A错误；
B．双缝干涉是两束相干光叠加出现的干涉现象；薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后叠加形成的干涉现象，选项B正确；
C．照相机镜头镀有增透膜，增透膜的厚度为绿光在增透膜内波长的，各种色光的波长不同，不可能让各种色光都发生干涉相消，故C错误；
D．根据，双缝干涉时，双缝间距d越小，干涉条纹间距越大，选项D正确；
E．泊松亮斑是衍射现象，证明了光具有波动性，选项E正确；
故选BDE.
11．大量 到达多 波动 粒子
【解析】
[1][2][3][4]光具有波粒二象性，光的波动性是大量光子运动的规律，光波强的地方就是光子到达多的地方，光的波长越长波动性越显著，波长越短粒子性越显著。
12． 见解析所示
【解析】
(1)[1]光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔为：
[2]相邻两光子间的平均距离为：
s=c△t=2.4×102 m
(2)[3]由（1）的计算结果可知，两光子间距为2.4×102 m，而箱子长只有1.2m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时运动，这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域
13．（1）能（2）1.2×10－9m
【解析】
（1）入射光子的能量
eV
由于E=2.9eV＞W0，所以能发生光电效应
（2）根据光电效应方程可得光电子的最大初动能
Ek=hv－W0=1.6×10－19J
而光电子的最大动量
则光电子的德布罗意波波长的最小值