山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.2康普顿效应 质量检测（含解析）

5.2康普顿效应
1．人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所表示的实验不能说明光具有波动性的是：（ ）
A．B．
C．D．
2．下列各种叙述中，符合物理学史事实的是（ ）．
A．托马斯·杨通过对光的干涉的研究证实了光具有粒子性
B．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说
C．赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在
D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的
3．在宏观世界中相互对立的波动性和粒子性，在光的本性研究中却得到了统一，即光具有波粒二象性，下列关于光的波粒二象性的叙述中不正确的是（ ）．
A．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性
B．光在传播时表现出波动性，而在跟物质作用时表现出粒子性
C．频率大的光较频率小的光的粒子性强，但波动性弱
D．频率大的光较频率小的光的粒子性及波动性都强
4．在“双缝干涉”实验中，在光屏处放上照相底片，减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明：如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点迹；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对该实验现象的解释正确的是（ ）．
A．曝光时间不长时，到达光屏的光能太少，条纹看不清楚，故出现不规则的点迹
B．单个光子的行为表现出粒子性，没有确定的轨道，故出现不规则的点迹
C．大量光子的行为表现出粒子性，所以会出现规则的干涉条纹
D．干涉条纹中亮条纹处表示有光子到达，暗条纹处表示没有光子到达
5．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
6．对于光的认识，下列说法不正确的是（ ）
A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的
B．光既具有波动性又有粒子性
C．光具有波动性就不具备粒子性，反之亦然
D．光不但是一种波，而且是一种电磁波
7．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图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：（ ）
A．可能沿1方向，且波长变小
B．可能沿2方向，且波长变小
C．可能沿1方向，且波长变长
D．可能沿3方向，且波长变长
8．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_____。
9．从人类第一次使用光来驱赶自然界的黑暗以来，许多研究物理学的巨匠都怀着极大的兴趣去研究光，研究光是什么．牛顿认为光具有粒子的性质，惠更斯提出光的波动说，请你按人类对光的认识过程进行排序____________．
A．爱因斯坦提出光子说 B．托马斯·杨在实验中成功地观察到光的干涉现象
C．麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波 D．伦琴发现X射线
10．光究竟是什么？今天你的认识是：________________________．
11．20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：_________．
12．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．
13．____________现象证明光具有波动性，____________证明光具有粒子性，因而光具有____________性．
参考答案
1．C
【解析】
光的衍射、干涉都能说明光具有波动性，光电效应只能证明光具有粒子性，C错；
2．C
【解析】
A．托马斯·杨通过对光的干涉的研究证实了光具有波动性。故A不符合题意。
B．为了解释光电效应实验现象爱因斯坦提出了光子说。故B不符合题意。
C．赫兹首先通过实验证明了电磁波的存在。故C符合题意。
D．光电效应是由赫兹首先发现的。故D不符合题意。
故选C。
3．D
【解析】
A．光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显。故A不符合题意。
B．碰撞时（如光电效应、康普顿效应）、少量光子、频率较高的光子表现为粒子性；传播时、大量光子、频率较低的光子表现为波动性。故B不符合题意。
CD．光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故C不符合题意，D符合题意。
故选D。
4．B
【解析】
A．曝光时间不长时，光子较少，少量的光子表现为粒子性，并且单个光子通过双缝后的落点无法预测，会出现不规则的点迹。故A错误。
B．单个光子的行为表现出粒子性，没有确定的轨道，故出现不规则的点迹。故B正确。
C．大量光子的行为表现出波动性，所以会出现规则的干涉条纹。故C错误。
D．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。故D错误。
故选B。
5．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．
6．C
【解析】
A．通过光电效应的实验，验证了光的传播不是连续的，而是非连续的一份一份的传播。选项A正确；
BC．光既具有波动性又有粒子性。某种场合下光的波动性表现的明显，另外场合光的粒子性表现得明显，但光的波动性和粒子性是同时同在的。选项B正确，选项C错误；
D．电磁波范围很长，光的波长范围包含其中，可以认为光是一种电磁波。选项D正确。
故选C。
7．C
【解析】
康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设．光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．根据动量守恒，碰后光子不可能沿2、3方向，根据能量守恒，在散射波中，除了原波长的波以外，还出现波长增大的波，故C正确，ABD错误。
故选C．
8．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．
9．BCDA
【解析】
人类对光的认识过程是：托马斯?扬在实验中成功地观察到光的干涉现象，干涉现象是波特有的特点，故双缝干涉实验显示了光具有波动性；接着麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波，麦克斯韦预言了光是一种电磁波，而赫兹用实验证实了电磁波的存在；其次伦琴发现X射线；最后爱因斯坦提出光子说，更多的具有量子性，是指单个的光子表现粒子性，而大量的光子表现为波动性。所以顺序为BCDA。
10．光具有波粒二象性
【解析】
[1]光具有波粒二象性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显。
11． 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
12．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。
13．干涉、衍射 光电效应 波粒二象
【解析】
[1][2][3]干涉、衍射现象证明光具有波动性，光电效应证明光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。