广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：2.3康普顿效应及其解释 课时训练（含解析）

2.3康普顿效应及其解释
1．关于康普顿效应下列说法中正确的是（ ）
A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长短
B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C．康普顿效应证明了光的波动性
D．光子具有动量
2．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λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是(　　)
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．当光子与晶体中电子碰撞后，光子能量减少
C．当光子与晶体中电子碰撞后，光子频率增加
D．当光子与晶体中电子碰撞后，光子质量不变
3．下列说法不正确的是（ ）
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．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
4．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变．下图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．X光散射后与散射前相比，频率将会变小
B．X光散射后与散射前相比，波长将会变短
C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小
D．散射实验为光的波动学说提供了有力证明
5．下列说法正确的是
A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说
B．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
C．由可知，在密闭容器中混合存放一定比例的氦气和N2，几天后将有O2生成
D．由可知，用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核将分解为一个质子和一个中子
6．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是（ ）
A．爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说
B．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性
C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了
D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应
7．下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远轨道的过程中，原子吸收能量，电子的动能减小，原子的电势能增大
C．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
D．卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型
8．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λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是(　　)
A．康普顿效应现象说明光具有波动性
B．康普顿效应现象说明光具有粒子性
C．当光子与晶体中电子碰撞后，其能量增加
D．当光子与晶体中电子碰撞后，其能量减少
9．下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的说法是
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
C．光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
10．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有
A．光电效应现象揭示了光具有粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．康普顿效应揭示了光具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
11．下列说法正确的是：( )
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能产生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能产生光电效应
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
12．电子具有多大速度时，德布罗意波的波长同光子能量为4×104 eV的X射线的波长相等？此电子需经多大的电压加速？
参考答案
1．D
【解析】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，则动量减小，根据，知波长增大，A错误；普顿效应不仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；康普顿效应揭示了光具有粒子性，进一步表明光子具有动量，故C错误D正确．
2．B
【解析】
【分析】
在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，根据判断动量的变化，根据判断质量m的变化，根据判断能量的变化．
【详解】
A、康普顿效应现象说明光子具有动量，即具有粒子性，故A错误；
B、C、D、在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分，根据λ，动量变小，根据，光子质量减小，根据光子的能量减小．故B正确，CD错误；
故选B．
【点睛】
本题关键记住光电效应表明光具有粒子性，光子具有能量；康普顿效应进一步表面光子具有动量，进一步证明了光具有粒子性．
3．B
【解析】爱因斯坦在量子理论的基础上，提出了光子假说并建立了光电效应方程，光电效应现象以及康普顿效应说明光具有粒子性，故A正确；康普顿效应表明光子不仅具有能量还具有动量，故B错误；依据德布罗意波长公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C正确；卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故D正确．
4．A
【解析】
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，则动量减小，根据λ=h/p，知波长增大，频率减小，能量减小，光子的速度为c保持不变，选项A正确，BC错误；散射实验为光的粒子性学说提供了有力证明，选项D错误；故选A.
5．B
【解析】爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说：光子是一份一份的，每一份能量为hγ，故A错误；康普顿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λ比入射波的波长λ0略大，说明光除了具有能量还具有动量。故B正确。方程是人工核反应方程，不能自然发生，故C错误；用光子照射静止的氘核时，由于光子有一定的动量，氘核分解为一个质子和一个中子后，质子与中子都有一定的动量，所以它们的总动能大于0，所以若氘核分解为一个质子和一个中子，则需要的光子的能量一定大于2.2MeV，故D错误；故选B。
6．A
【解析】为了解释光电效应爱因斯坦提出光子说，认为光的发射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，故A正确；宏观物体的物质波波长非常小，非常不容易观察到它的波动性，故B错误；康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的能量减小，波长变大了，康普顿效应证明光具有波粒二象性，故C错误；根据光电效应发生的条件可知，对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应，故D错误。所以A正确，BCD错误。
7．ABD
【解析】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，则动量减小，根据，知波长增大．故A正确；核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，根据玻尔理论，原子要吸收光子．核外电子做圆周运动的向心力由库仑力提供，电子与原子核距离变大，则库仑力变小，即向心力变小，则速度变小，即动能变小，跃迁到较远轨道时库伦力做负功，则电势能增加，故B正确；比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项C错误； 卢瑟福依据极少数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型，选项D正确；故选ABD.
8．BD
【解析】A、康普顿效应现象说明光子具有动量，即具有粒子性，故A错误；
B、根据λ=h/P，动量变小；根据P=mc，光子质量减小；根据E=mc2，光子的能量减小。
故B正确、D错误；
C、根据，波长变长，频率减小，C错误；
故选B。
9．ACD
【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正确；
B、光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，故B错误；
C、光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C正确；
D、在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故D正确．
点睛：光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性；大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显．
10．AB
【解析】
光电效应现象揭示了光的粒子性．故A正确；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性．故B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，故C错误；动能相等的质子和电子，质子和电子质量不相等，由动量与动能关系，可知它们的动量不相等，根据德布罗意波长公式可知，它们的德布罗意波长也不相等．故D错误．故选AB．
【点睛】相邻原子之间的距离大致与中子的德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象；光电效应和康普顿效应现象揭示了光的粒子性；德布罗意波长，P是动量，h是普朗克常量．
11．AD
【解析】
【详解】
A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波、这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，所以A正确；
B．红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，所以B错误；
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确．
12．=2.34×107 m/s；U=1.56×103 V
【解析】
由德布罗意波公式
光子能量式
联立可得：
由动能定理得：，解得