四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 跟踪训练（含解析）
文档属性
| 名称 | 四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.3光的波粒二象性 跟踪训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 170.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:01:35 | ||
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文档简介
4.3光的波粒二象性
1．下列说法正确的是
A．衰变成要经过4次衰变和2次衰变
B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为可以判断为质子
C．玻尔理论的假设是原子能量的量子化和轨道量子化
D．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明实物粒子只具有粒子性
2．关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
D．光在传播过程中表现为粒子性，在于物质相互作用时表现为波动性
3．关于物质波，下列说法正确的是( )
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
4．关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．光在传播过程中表现为粒子性，在与物质相互作用时表现为波动性
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
5．首次成功解释光电效应和首次提出物质波的科学家分别是( )
A．爱因斯坦、康普顿 B．普朗克、爱因斯坦
C．普朗克、德布罗意 D．爱因斯坦、德布罗意
6．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是 ( )
A．黑体辐射规律可用光的波动性解释
B．光电效应现象揭示了光的波动性
C．电子束射到晶体上产生衍射图样说明电子具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
7．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，则
A．图像(a)表明光具有粒子性
B．图像(c)表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
8．以下关于物理学史的叙述，符合实际的有（ ）
A．康普顿发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型”
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型
C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
D．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
9．利用射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是（ ）
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的射线衍射图样，射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
10．对光的认识，以下说法中正确的是（ ）
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．高频光是粒子，低频光是波
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．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显
11．A、B两种光子的能量之比为2：1，A、B两种光子的动量之比为_____；如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_____（选填“动量”或“动能”）也相等。
12．下列说法正确的有________
A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
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，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
E．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，光子散射后波长变短
13．根据波尔理论，氢原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为（E1表示处于基态原子的能量，具体值未知）．一群处于n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使某种金属发生光电效应，这两种光的频率中较低的为．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，电子质量为m，不考虑相对论效应．求：
（1）频率为的光子的动量大小；
（2）该原子处于基态的原子能量E1（用已知物理量符号表示）；
（3）若频率为的光子与静止电子发生正碰，碰后电子获得的速度为v，碰后光子速度方向没有改变，求碰后光子的动量．
参考答案
1．C
【解析】
A、因为衰变时质量数不变，所以衰变的次数，在衰变的过程中电荷数总共少6×2=12，则衰变的次数，故选项A错误；
B、核反应方程式为?，可以根据质量数和电荷数守恒判断为粒子，故选项B错误；
C、玻尔理论的假设是提出了轨道量子化和能量量子化，故选项C正确；
D、康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射说明实物粒子具有波动性，故选项D错误．
2．C
【解析】
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，A错误；
B．光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关，B错误；
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，C正确；
D．光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，D错误．
3．A
【解析】
试题分析：由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长．A对；
电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，波长长．B错；
动量相等的电子和中子，其波长应相等．C错；
如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错；
故答案选A.
考点：物质波 动能 动量
点评：德布罗意波的波长与粒子的质量速度的乘积有关，即由粒子的动量决定，根据德布罗意波的波长公式计算比较即可
4．D
【解析】
本题考查光的本性，根据光电效应的规律、光的波粒二象性、康普顿效应进行分析解答。
【详解】
A.光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，故A不符合题意；
B.光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关；故B不符合题意；
C.光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，故C不符合题意；
D.康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，故D符合题意。
【点睛】
本题考查波粒二象性的基本内容，理解光电效应的规律、光的波粒二象性以及康普顿效应是解题的关键。
5．D
【解析】
普朗克提出量子假说，此后爱因斯坦提出光量子假说，成功解释了光电效应，首次提出物质波假说的科学家是德布罗意。
A.A项与上述分析结论不相符，故 A不符合题意；
B.B项与上述分析结论不相符，故 B不符合题意；
C.C项与上述分析结论不相符，故 C不符合题意；
D.D项与上述分析结论相符，故 D符合题意。
6．C
【解析】
黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释，但不能用光的波动性解释，A错误；光电效应表明光具有一定的能量，能说明光具有粒子性，B错误；电子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，C正确；动能相等的质子和电子，它们的动量：，质子与电子的质量不同，所以动能相等的电子与质子的动量是不同的，根据德布罗意波波长公式可知它们的德布罗意波长不相等，故D错误．
7．ABD
【解析】
（a）中是少量的光打在底板上，出现的是无规则的点子，显示出光是粒子性；（b）中延长光照时间，使大量光子打在底板上，出现了明暗相间的干涉条纹或衍射条纹，显示了光的波动性；（c）中用紫外光仍可看到条纹，只是条纹宽度较窄．表明光的波动性和粒子性这一对矛盾在一定条件下可以相互转化，这是一种概率统计波．ABD正确
8．BD
【解析】
A.汤姆孙发现了电子，密立根测定了电子电荷量，故A错误；
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C.德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故C错误。
D.普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故D正确；
9．AD
【解析】
AB.因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小，由德布罗意波长公式可知，当电子束的波长越短时，则运动的速度越大，故选项A正确，B错误；
CD.由题中信息“利用射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，射线波长要远大于原子的尺寸，或中子的物质波或射线的波长与原子尺寸相当，故选项C错误，D正确。
10．AD
【解析】
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，选项A符合题意；
B. 频率高的光粒子性强，随率低的光波动性强，选项B不符合题意；
C. 光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，光表现出波动性时，仍有粒子性；选项C不符合题意；
D. 光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显，选项D符合题意。
11．2：1， 动量
【解析】
第一空.光子的频率与能量成正比，A、B两种光子的能量之比为2：1，则A、B两种光子的频率之比为2：1；由光子能量公式E＝hγ＝和动量公式P＝mv＝ 知，A、B两种光子的动量之比等于A、B两种光子的能量之比为2：l；
第二空.根据德布罗意波波长的公式：可知，若一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的动量一定是相等的。
12．ABD
【解析】
普朗克能量量子化理论：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，故A正确；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，故B正确；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，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C错误；光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，根据光电效应方程：EK=hγ-W0，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，故D正确；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，能量减小，由E=hc/λ可知，光子散射后波长变长，故E错误；故选ABD．
点睛：考查能量量子化的内容，掌握光电效应方程的应用，理解吸收能量，动能减小，电势能增大，总能量减小；而释放能量后，动能增大，电势能减小，总能量增大；注意康普顿效应中，光子散射后波长变长．
13．（1）（2）（3）．
【解析】
（1）由，，可得：
（2）从n=4能级向低能级跃迁时发出6种频率的光，其中最大的两种频率分别是从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级，较低的为从n=3能级跃迁到n=1能级过程发出的光．，
解得：，
（3）由动量守恒：，
解得：
1．下列说法正确的是
A．衰变成要经过4次衰变和2次衰变
B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为可以判断为质子
C．玻尔理论的假设是原子能量的量子化和轨道量子化
D．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明实物粒子只具有粒子性
2．关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
D．光在传播过程中表现为粒子性，在于物质相互作用时表现为波动性
3．关于物质波，下列说法正确的是( )
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
4．关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．光在传播过程中表现为粒子性，在与物质相互作用时表现为波动性
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
5．首次成功解释光电效应和首次提出物质波的科学家分别是( )
A．爱因斯坦、康普顿 B．普朗克、爱因斯坦
C．普朗克、德布罗意 D．爱因斯坦、德布罗意
6．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是 ( )
A．黑体辐射规律可用光的波动性解释
B．光电效应现象揭示了光的波动性
C．电子束射到晶体上产生衍射图样说明电子具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
7．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，则
A．图像(a)表明光具有粒子性
B．图像(c)表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
8．以下关于物理学史的叙述，符合实际的有（ ）
A．康普顿发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型”
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型
C．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性
D．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
9．利用射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是（ ）
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的射线衍射图样，射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
10．对光的认识，以下说法中正确的是（ ）
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．高频光是粒子，低频光是波
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．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显
11．A、B两种光子的能量之比为2：1，A、B两种光子的动量之比为_____；如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_____（选填“动量”或“动能”）也相等。
12．下列说法正确的有________
A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
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，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
E．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，光子散射后波长变短
13．根据波尔理论，氢原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为（E1表示处于基态原子的能量，具体值未知）．一群处于n=4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使某种金属发生光电效应，这两种光的频率中较低的为．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，电子质量为m，不考虑相对论效应．求：
（1）频率为的光子的动量大小；
（2）该原子处于基态的原子能量E1（用已知物理量符号表示）；
（3）若频率为的光子与静止电子发生正碰，碰后电子获得的速度为v，碰后光子速度方向没有改变，求碰后光子的动量．
参考答案
1．C
【解析】
A、因为衰变时质量数不变，所以衰变的次数，在衰变的过程中电荷数总共少6×2=12，则衰变的次数，故选项A错误；
B、核反应方程式为?，可以根据质量数和电荷数守恒判断为粒子，故选项B错误；
C、玻尔理论的假设是提出了轨道量子化和能量量子化，故选项C正确；
D、康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射说明实物粒子具有波动性，故选项D错误．
2．C
【解析】
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，A错误；
B．光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关，B错误；
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，C正确；
D．光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，D错误．
3．A
【解析】
试题分析：由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长．A对；
电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，波长长．B错；
动量相等的电子和中子，其波长应相等．C错；
如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错；
故答案选A.
考点：物质波 动能 动量
点评：德布罗意波的波长与粒子的质量速度的乘积有关，即由粒子的动量决定，根据德布罗意波的波长公式计算比较即可
4．D
【解析】
本题考查光的本性，根据光电效应的规律、光的波粒二象性、康普顿效应进行分析解答。
【详解】
A.光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，故A不符合题意；
B.光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关；故B不符合题意；
C.光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，故C不符合题意；
D.康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，故D符合题意。
【点睛】
本题考查波粒二象性的基本内容，理解光电效应的规律、光的波粒二象性以及康普顿效应是解题的关键。
5．D
【解析】
普朗克提出量子假说，此后爱因斯坦提出光量子假说，成功解释了光电效应，首次提出物质波假说的科学家是德布罗意。
A.A项与上述分析结论不相符，故 A不符合题意；
B.B项与上述分析结论不相符，故 B不符合题意；
C.C项与上述分析结论不相符，故 C不符合题意；
D.D项与上述分析结论相符，故 D符合题意。
6．C
【解析】
黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释，但不能用光的波动性解释，A错误；光电效应表明光具有一定的能量，能说明光具有粒子性，B错误；电子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，C正确；动能相等的质子和电子，它们的动量：，质子与电子的质量不同，所以动能相等的电子与质子的动量是不同的，根据德布罗意波波长公式可知它们的德布罗意波长不相等，故D错误．
7．ABD
【解析】
（a）中是少量的光打在底板上，出现的是无规则的点子，显示出光是粒子性；（b）中延长光照时间，使大量光子打在底板上，出现了明暗相间的干涉条纹或衍射条纹，显示了光的波动性；（c）中用紫外光仍可看到条纹，只是条纹宽度较窄．表明光的波动性和粒子性这一对矛盾在一定条件下可以相互转化，这是一种概率统计波．ABD正确
8．BD
【解析】
A.汤姆孙发现了电子，密立根测定了电子电荷量，故A错误；
B.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C.德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，故C错误。
D.普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故D正确；
9．AD
【解析】
AB.因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小，由德布罗意波长公式可知，当电子束的波长越短时，则运动的速度越大，故选项A正确，B错误；
CD.由题中信息“利用射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，射线波长要远大于原子的尺寸，或中子的物质波或射线的波长与原子尺寸相当，故选项C错误，D正确。
10．AD
【解析】
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，选项A符合题意；
B. 频率高的光粒子性强，随率低的光波动性强，选项B不符合题意；
C. 光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，光表现出波动性时，仍有粒子性；选项C不符合题意；
D. 光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显，选项D符合题意。
11．2：1， 动量
【解析】
第一空.光子的频率与能量成正比，A、B两种光子的能量之比为2：1，则A、B两种光子的频率之比为2：1；由光子能量公式E＝hγ＝和动量公式P＝mv＝ 知，A、B两种光子的动量之比等于A、B两种光子的能量之比为2：l；
第二空.根据德布罗意波波长的公式：可知，若一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的动量一定是相等的。
12．ABD
【解析】
普朗克能量量子化理论：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，故A正确；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，故B正确；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，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C错误；光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，根据光电效应方程：EK=hγ-W0，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，故D正确；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，能量减小，由E=hc/λ可知，光子散射后波长变长，故E错误；故选ABD．
点睛：考查能量量子化的内容，掌握光电效应方程的应用，理解吸收能量，动能减小，电势能增大，总能量减小；而释放能量后，动能增大，电势能减小，总能量增大；注意康普顿效应中，光子散射后波长变长．
13．（1）（2）（3）．
【解析】
（1）由，，可得：
（2）从n=4能级向低能级跃迁时发出6种频率的光，其中最大的两种频率分别是从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级，较低的为从n=3能级跃迁到n=1能级过程发出的光．，
解得：，
（3）由动量守恒：，
解得：