山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.2康普顿效应 跟踪训练（含解析）

5.2康普顿效应
1．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是( 　)
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的枣糕式结构模型
D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
2．下列说法正确的是
A．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，都表明光子既有能量又有动量
B．一定量气体,在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而减少
C．折断的粉笔不能粘合在一起是因为受分子斥力的作用
D．组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损
3．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法与历史事实不符的是（）
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（Po）和镭（Ra）两种新元素
D．爱因斯坦在光电效应的基础上，提出了光子说
4．下列说法中，不正确的是 ( )
A．康普顿认为X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，才能解释散射射线中有波长大于入射射线波长的现象．
B．由E=mc2可知，质量与能量是可以相互转化的．
C．用能量等于氘核结合能的光子照射静止的自由的氘核，可使氘核分解为一个质子和一个中子．
D．因在核反应中能释放核能，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
5．下列说法正确的是(　　)
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．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长
D．速度相等的电子和质子，电子的波长大
6．下列说法中不正确的是（）
A．泊松亮斑是光的衍射现象
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性
D．干涉法检查被检测平面的平整度应用了光的双缝干涉原理
7．量子理论是现代物理学两大支柱之一．量子理论的核心观念是“不连续”．关于量子理论，以下说法正确的是
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”
B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应
C．康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的
D．玻尔的能级不连续和电子轨道不连续的观点和现代量子理论是一致的
E.海森伯的不确定关系告诉我们电子的位置是不能准确测量的
8．下列说法中正确的是_______．
A．粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外还具有动量
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小
D．正负电子对湮灭技术是一项较新的核物理技术，一对正负电子对湮灭后生成光子的事实说明质量守恒定律是有适用范围的
E.的半衰期是5天，12g经过15天后还有1.5 g未衰变
9．下列说法中正确的是_______
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．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
C．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
D．氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子来动能增加，原子的电势能减小
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，光子散射后波长变长
10．下列说法正确的是（ ）
A．某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为3.8天
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分．
D．用13 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离
11．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．
12．碰撞在宏观、微观世界中都是十分普遍的现象，在了解微观粒子的结构和性质的过程中，碰撞的研究起着重要的作用。
(1)一种未知粒子跟静止的氢原子核正碰，测出碰撞后氢原子核的速度是，该未知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时，测出碰撞后氮原子核的速度是，已知氢原子核的质量是mH，氮原子核的质量是14mH，上述碰撞都是弹性碰撞，求：
①该未知粒子的质量；
②该未知粒子的初速度大小。
(2)光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。美国物理学家康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象称为康普顿效应，它说明了光具有粒子性的特征，其简化原理图如下：
对于这种二维非对心碰撞，我们可以按照矢量的合成与分解的原理去分析和处理，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成α角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知入射光波长，普朗克恒量为h，光速为c。
①结合爱因斯坦的光子说和质能方程，试证明光子动量，为光波波长；
②求碰撞后电子的动能和光子的动量大小。
参考答案
1．A
【解析】
爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程,选项A正确； 康普顿效应表明光子不但具有能量，还具有动量，选项B错误； 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项C错误； 德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越小，选项D错误；故选A.
【答案】D
【解析】光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子不仅具有能量还具有动量，A错误；气体的压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的，它包含两方面的原因：分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数和每一次的平均撞击力．气体的温度降低时，分子的平均动能减小，所以，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加，B错误；分子力是短程力，分子之间是存在作用力，但是分子间距离超过分子直径10倍时，分子间作用力几乎不存在了，C错误；组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损，D正确．
3．B
【解析】
密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，A正确，不符合题意；康普顿效应表明光子不仅具有能量还具有动量，故B错误，符合题意；居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，C正确，不符合题意；爱因斯坦在光电效应的基础上，提出了光子说，D正确，不符合题意
4．BCD
【解析】
康普顿认为x射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，才能解释散射射线中有波长大于入射射线波长的现象，故A正确；由质能方程可知，质量与能量相对应，故B错误；核子结合成原子核与原子核分解为核子是逆过程，质量的变化相等，能量变化也相等，故用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核，还要另给它们分离时所需要的足够的动能（光子方向有动量），所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子，故C错误；核反应中，质量数守恒、能量也守恒．故D错误．此题选择错误的选项，故选BCD.
5．ACD
【解析】根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，入射光的频率不变，则逸出的光电子最大初动能不变，故A正确；物质波的假设通过电子的衍射证实是正确的，故B错误；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长，故C正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式： 可知，电子的波长长；故D正确。所以ACD正确，B错误。
6．BD
【解析】泊松亮斑是光的圆板衍射现象，A正确；光的偏振现象说明光是一种横波，B错误；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，C正确；干涉法检查被检测平面的平整度应用了光薄膜干涉的原理，D错误．
7．ABC
【解析】
试题分析：普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，选项A正确；爱因斯坦受普朗克的量子思想的启发，提出了光量子概念，成功解释了光电效应，故B正确；康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的，选项C正确；玻尔的能级不连续和电子轨道不连续的观点和现代量子理论是不一致的，选项D错误；根据不确定原理，在微观领域，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量．故E错误；故选ABC．
考点：物理学史；康普顿效应；不确定原理；黑体辐射
【名师点睛】该题考查黑体辐射、康普顿效应；不确定原理，都是记忆性的知识点的内容，在平时的学习过程中多加积累即可．
8．ABE
【解析】
试题分析：卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型，A正确；光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外还具有动量，B正确；氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，电子绕核旋转的半径减小，故A正确，B错误；氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据，得轨道半径减小，电子速率增大，C错误；质量守恒定律，它是自然界普遍存在的基本定律之一，可以推广到任何隔绝体系中，不论发生何种变化或过程，其总质量始终保持不变，D错误；12g经过15天后，发生了三次衰变，根据，则还有1.5g未衰变，E正确
考点：考查了粒子散射实验、玻尔理论，波粒二象性，半衰期
【名师点睛】考查α粒子散射实验的意义，掌握光电效应和康普顿效应的作用，理解辐射与吸收光子后，动能与电势能如何变化，注意衰变中半衰期的条件
9．BDE
【解析】
试题分析：天然放射现象意义使人类认识到原子核具有复杂结构，所以A项错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知同种频率的光最大初动能越大逸出功越小，所以B项正确；原子核内的某一核子与其相邻的核子有核力作用，所以C项错误；核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，轨道半径减小，电子动能增大，原子电势能减小，所以D项正确；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，根据波长公式，动量减小，波长增大，所以E项正确．
10．AC
【解析】
某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，则 ，可知经过了3个半衰期，则该元素的半衰期为3.8天，选项A正确； 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项B错误； 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，选项C错误； 至少用13.6 eV的光子照射处于基态的氢原子，才可使其电离，选项D错误；故选AC.
11．（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.
12．(1)① ②；(2)①根据爱因斯坦光子说和质能方程即证；② ，
【解析】
(1)设未知粒子的质量为，初速度为：，
未知粒子跟静止的氢原子核正碰时，由动量守恒有：

机械能守恒有：
知粒子以相同速度跟静止的氮原子核正碰时，由动量守恒有：
机械能守恒有：
联立解得：，；
(2) 根据爱因斯坦光子说：,由质能方程：E=mc2，得光子的动量：；
如图建立xoy坐标系，
光子与电子碰撞前后，沿x方向的分动量守恒：
光子与电子碰撞后，沿y方向的分动量守恒：
联立解得：光子的动量为，
碰前光子的能量为：，碰后光子的能量为：，所以碰后电子的能量为： ．