4.5 光的衍射课后练习 word版含答案

光的衍射课后练习
一、单选题
1.下列叙述中不正确的是（?? ）
A.?光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实
B.?玻尔建立了量子理论，成功解释了所有原子发光现象
C.?在光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方
D.?宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性
2.下列说法正确的是（?? ）
A.?质子由于带正电，质子间的核力表现为斥力
B.?原子核衰变放出的三种射线中，α粒子的穿透能力最强
C.?电子的衍射图样证实了电子的波动性
D.?铀核发生链式反应后能自动延续下去，维持该反应不需要其他条件
3.用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a光从水中斜射向水面上的O点，其入射角为i、折射角为r，如图丙所示。对于这两种单色光，下列说法正确的是（?? ）
A.?在真空中a光的波长较短 B.?水对a光的折射率 n=sinisinr
C.?在水中a光的传播速度较大 D.?a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小
4.如图所示，a、b、c、d四个图是单色光在不同条件下形成的干涉或衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是（?? ）
A.?a 是光的衍射图样?????????B.?b 是光的干涉图样?????????.?c 是光的干涉图样?????????D.?d 是光的衍射图样
5.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（???? ）
A.?光的折射现象.色散现象 B.?光的反射现象.干涉现象
C.?光的衍射现象.偏振现象 D.?光的直线传播现象.光电效应现象
6.2018年我国正在建设最先进的散裂中子源，日前，位于广东东莞的国家大科学工程--中国散裂中子源CSNS首次打靶成功，获得中子束流，这标志着CSNS主体工程顺利完工，进入试运行阶段。对于有关中子的研究，下面说法正确的是（　　）
A.?中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
B.?一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应
C.?卢瑟福通过分析 α 粒子散射实验结果，发现了质子和中子
D.?核反应方程 84210Po→82yX+24He 中的 y=206 ，X中核子个数为124
7.下列四种电磁波中，最容易表现衍射现象的是（???? ）
A.?红外线???????????????????????????????B.?紫外线???????????????????????????????C.?无线电波???????????????????????????????D.?γ射线
8.如图A、B为a、b两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则（?? ）
A.?在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B.?在相同条件下，a光比b光更容易发生明显的衍射现象
C.?若a光照射某金属能发生光电效应，则b光照射该金属不一定能发生光电效应
D.?两束光与声波本质上是相同的波，只是频率不同
9.下列说法正确的是（??? ）
A.?一束正在传播的光，有的光是波，有的光是粒子，具有波粒二象性
B.?光电效应、康普顿效应、光的衍射都证明光具有粒子性
C.?卢瑟福通过α粒子散射实验，发现了原子核内部存在中子
D.?真空中波长为λ的光，每个光子的能量为 E=?cλ
10.某单色光照射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h，则该光波的频率为（?? ）
A.?W????????????????????????????B.?r2e2B22m????????????????????????????C.?W? - r2e2B22m????????????????????????????D.?W? + r2e2B22m?
11.物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验，下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错误的是（??? ）
A.?α 粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础 B.?光电效应实验表明光具有粒子性
C.?电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒 D.?康普顿效应进一步证实了光的波动特性
12.一束红色激光射向一块有双缝的不透光的薄板。在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红色激光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（?? ）
A.?与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗一些
B.?与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条纹变宽些
C.?只有一条与缝宽对应的亮条纹
D.?无条纹，只存在一片红光
13.一盏灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10-7m，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每钞通过的光子（能量子）数约为(　　)（普朗克常量h=6.63 ×10?34J ·s，光速c=3.0 ×108m /s）
A.?2×1015??????????????????????????????B.?2×1016??????????????????????????????C.?2×1017??????????????????????????????D.?2×1023
14.在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(　　)
A.?一定落在中央亮纹处???????????????????????????????????????????B.?一定落在亮纹处
C.?一定落在暗纹处?????????????????????????????????????????????????? D.?落在中央亮纹处的可能性最大
15.利用金属晶格（大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（?? ）
A.?该实验说明了电子具有粒子性????????????????????? B.?实验中电子束的德布罗意波的波长为 Ekm=?γ?W
C.?加速电压U越大，电子的衍射现象越明显?????D.?若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
二、填空题
16.神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0．35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6．63×10－34J·s，则该紫外激光所含光子数为________个（取两位有效数字）。
17.在用《游标卡尺观察光的衍射现象》实验中，可以调节游标卡尺的狭缝宽度，如图是A、B两把卡尺的游标位置，它们的下脚狭缝的宽度，A尺是________?mm，B尺是________mm，通过它们能观察到明显衍射图样的是________尺．
18.如图（a）所示，P为一堵高墙，M为高h=0.8m的矮墙，S为一点光源，三者水平距离如图，S以速度v0=10m/s竖直向上抛出，在落回地面前，矮墙在高墙上的影子消失的时间为________?s．（取g=10m/s2）；如图b是用激光束对准前钢珠球心后，在屏上观察到钢球暗影中心有一亮斑，屏上显现的是光的________图样．
三、综合题
19.在方向垂直纸面的匀强磁场中，静止的 84210Po 核沿与磁场垂直的方向放出 24He 核后变成Pb的同位素粒子。已知 84210Po 原子核质量为209.98287u，Pb的同位素粒子的质量为205.9746u， 24He 原子核的质量为4.00260u，1u相当于931.5MeV。求：（普朗克常量 ?=6.63×10?34 J ? s，1eV =1.6×10?19 J，真空中光速 c=3×108 m/s，计算结果均保留三位有效数字）
（1）请写出核反应方程并计算该核反应释放的核能；
（2）若释放的核能以电磁波的形式释放，求电磁波的波长；
（3）若释放的核能全部转化为机械能，求Pb的同位素粒子和 24He 核在磁场中运动的半径之比。
20.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。我们知道光子的能量 E=?ν ，动量 p=?λ ，其中 ν 为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长。由于光子具有动量，当光照射到物体表面时，会对物体表面产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为 ν0 的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收（即光子的末动量变为0）。求：
（1）该激光器在单位时间内发出的光子数N；
（2）该激光作用在物体表面时产生的光压I。
21.阅读如下资料并回答问题：
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，因此被称为热辐射．热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．
处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0＝σT4 ， 其中常量σ＝5．67×10－8 W/（m2·K4）．
在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．
有关数据及数学公式：太阳半径RS＝6．96×105 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2 ， 其中R为球的半径．
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7～1×10－5 m范围内，求相应的频率范围．
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为πr2（r为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．
答案解析
一、单选题
1. B
A．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，A正确，不符合题意；
B．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的分列特征，并没有成功解释了各种原子发光现象，B错误，符合题意；
C．根据波粒二象性可知，干涉条纹亮的地方就是光子到达概率大的地方，C正确，不符合题意；
D．根据 λ=?p ，可知宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，D正确，不符合题意；
故答案为：B。
2. C
A． 核力与电荷无关，原子核中，质子间的核力都表现为引力，A不符合题意；
B．原子核衰变放出的三种射线中，α粒子的速度最小，穿透能力最弱，B不符合题意；
C．通过电子的衍射图样证实了电子的波动性，C符合题意；
D．铀核发生链式反应后能自动延续下去，要维持链式反应，铀块的体积必须达到其临界体积，D不符合题意。
故答案为：C。
3. C
A．甲光衍射明显，说明 a 光的波长比乙的波长大，即 λa>λb ，A不符合题意；
B．水对a光的折射率 n=sinrsini ，B不符合题意；
C． a 光的波长比 b 的波长大，根据 c=λf 可知 a 光的频率小，折射率小，根据 v=cn 可知在水中a光的传播速度较大，C符合题意；
D．根据全反射定律 sinC=1n 可知a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大，D不符合题意。
故答案为：C。
4. D
A． a 是光的双缝干涉图样，条纹间距相等，A不符合题意；
B． b 是光的单缝衍射图样，中央亮条纹最宽，向外条纹变窄，间距变小，B不符合题意；
C． c 是圆孔衍射图样，C不符合题意；
D． d 是泊松亮斑（光照射在小圆盘上却出现中央亮斑），是光的衍射图样，D符合题意。
故答案为：D。
5. C
光的衍射现象、偏振现象、干涉现象都能说明光具有波动性，光电效应说明光的粒子性，光的直线传播，折射和反射现象以及色散不能说明波动性和粒子性。
故答案为：C。
6. A
A．所有粒子都具有波粒二象性，A符合题意；
B．裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，B不符合题意；
C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，C不符合题意；
D． 根据质量数守恒可得：y=210-4=206
X中核子个数为206，中子数为206-82=124
D不符合题意。
故答案为：A。
7. C
在上述电磁波中，无线电波的波长最大，所以最容易表现出衍射现象，C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
8. C
A．在真空中，光传播的速度都相等，A不符合题意；
B．根据双缝干涉相邻条纹间距公式 Δx=Ldλ 可得在其它条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知b光的波长大于a光的波长，若遇到相同的障碍物，b光更容易发生明显衍射，B不符合题意；
C．根据光在真空中的传播速度 c=λν ，则b光的频率小于a光的频率，若a光照在某金属上恰好能发生光电效应，则b光照在该金属上不一定能发生光电效应，C符合题意；
D．光是电磁波，声波是机械波，它们的产生机理不同，即本质不同，D不符合题意。
故答案为：C。
9. D
所以的光都具有波粒二象性，光同时具有波和粒子的特性，A不符合题意；光电效应、康普顿效应都证明光具有粒子性，光的衍射证明了光的波动性，B不符合题意；卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，而不能说明证实了原子核内存在中子，C不符合题意；真空中波长为λ的光，每个光子的能量为 E=?ν=?cλ ，D符合题意．
故答案为：D
10. D
根据光电效应方程得，EKm=hν-W0 ． 根据洛伦兹力提供向心力，有：evB＝ mv2R ，最大初动能EKm＝ 12 mv2 该光波的频率：v＝ W? + r2e2B22m? ,D符合题意．
故答案为：D
11. D
α粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础，A正确，不符合题意；光电效应实验表明光具有粒子性，B正确，不符合题意；电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒，C正确，不符合题意；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，D错误，符合题意；
故答案为：D.
12. B
AB. 如果将双缝中一条缝挡住，其他不改变，光屏上出现的图案是光的衍射条纹。衍射条纹是宽度不相等的条纹。A不符合题意B符合题意。
CD. 如果将双缝中一条缝挡住，其他不改变，光屏上出现的图案是光的衍射条纹，CD不符合题意。
故答案为：B
13. C
设离灯10m远处每平方米面积上灯照射的能量为E0 ， 则有： E0＝1004πR2 ；设穿过的光子数为n，则有： n?cλ＝E0 ；解得： n＝E0λ?c 代入数据，得：n=2×1017个，C符合题意。
故答案为：C
14. D
根据光是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但由题意知中央亮条纹，故概率最大落在中央亮纹处，也有可能落在暗纹处，但是落在暗纹处的几率很小，综上所述，ABC不符合题意，D符合题意。
故答案为：D
15. B
实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，A不符合题意； 有动能定理可知， eU=12mv2?0 ，经过电场加速后电子的速度 v=2eUm ，电子德布罗意波的波长 λ=?P=?mv=?m×2eUm=?2meU B符合题意；由电子的德布罗意波波长公式 Ekm=?γ?W 可知，加速电压越大，电子德布罗意波波长越短，波长越短则衍射现象越不明显，C不符合题意；质子与电子带电量相同，但是质子质量大于电子，动量与动能间存在关系 22.4mM ，可知质子动量大于电子，由于 λ=?P ，可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波长，波长越小则衍射越不明显，D不符合题意；
故答案为：B
二、填空题
16.4．2×1021
每个光子的能量E0＝hν＝h cλ ，故所含的光子数为
n＝ EE0 ＝ Eλ?c ＝ 2400×0.35×10－66.63×10－34×3×108 个≈4．2×1021个
17.21.3；0.3；B
解：A尺、游标卡尺的固定刻度读数为21mm，游标尺上第3个刻度游标读数为0.1×3mm=0.3mm，所以最终读数为：21.3mm； B尺、游标卡尺的固定刻度读数为0mm，游标尺上第3个刻度游标读数为0.1×3mm=0.3mm，所以最终读数为：0.3mm；
根据光的明显衍射条件可知，通过它们能观察到明显衍射图样的是B尺，
故答案为：21.3，0.3，B．
18.1.2；衍射
解：连接M上端点与O点，设H为高墙上没有影子时S上升的最小高度，由相似三角形知 ?H=14 ，解得H=3.2m，由竖直上抛公式H= V0t?12gt2 解得：t1=0.4st2=1.6s， t1、t2分别为上升和下降到达H时时间，则矮墙在高墙上的影子消失的时间为1.6﹣0.4=1.2s；
在屏上观察到钢球暗影中心有一亮斑，屏上显现的是光的衍射图样．
故答案为：1.2，衍射
三、综合题
19. （1）解：根据质量数和核电荷数守恒可知该核反应方程为 84210Po→82206Pb+24He
该核反应的质量亏损为 Δm=mPo?mPb?mHe=0.00567u
根据爱因斯坦质能方程得释放的能量为 ΔE=Δmc2=5.28 MeV
（2）解：若释放的核能以电磁波的形式释放，光子能量为 ΔE=?v=?cλ
代入数据得： λ=2.35×10?13 m
（3）解：该衰变过程遵循动量守恒定律 mHevHe?mPbvPb=0
洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 qvB=mv2r
Pb的同位素粒子和 24He 核在磁场中运动的半径之比为 rPbrHe=141
（1）原子核发生核裂变或核聚变，前后发生质量亏损，亏损的质量转变成了能量释放出来，利用E=mc2求解即可；
（2）结合光子的能量，利用德布罗意关系求解波长；
（3）带电粒子在磁场中受到洛伦兹力，在洛伦兹力的作用下粒子做圆周运动，结合向心力公式求解轨道半径。
20. （1）解： Δt 时间内，该激光器发出的光子数 n=P0Δt?ν0
单位时间该激光器发出的光子数 N=P0?ν0
（2）解：该激光作用在物体表面，有动量定理 F?Δt=np
且 p=?λ ， λ=cν0
产生的光压 I=FS
解得 I=P0cS
（1）结合一个光子的能量和激光器的功率求解激光器发射光子的数量；
（2）把光子作为研究对象，结合光子的速度和作用时间，利用动量定理求解平均作用力。
21. （1）解:由ν＝ cλ 得，ν1＝ cλ1 ＝ 3×1082×10－7 Hz＝1．5×1015 Hz，ν2＝ cλ2 ＝ 3×1081×10－5 Hz＝3×1013 Hz，所以辐射的频率范围是3×1013～1．5×1015 Hz．
（2）解:每小时从太阳表面辐射的总能量E＝P0t·S＝σT4t·4π RS2 ，式中t＝3 600 s，
代入数据得E＝5．67×10－8×5 7704×3 600×4×3．14×（6．96×105×103）2 J＝1．38×1030 J．
（3）解:火星单位时间内吸引来自太阳的辐射能量P入＝4π RS2 σT4· πr24π?（400RS)2 ＝ πσT4r2160000
火星单位时间单位面积内向外辐射的能量为σT′4
所以火星单位时间内向外辐射的能量P出＝4πr2σT′4（其中4πr2为火星的表面积，T′为火星的温度）
火星处于热平衡状态，则P入＝P出 ，
即 πσT4r2160000 ＝4πr2σT′4
得火星的温度T′＝ T800 ＝204 K．
根据光速、波长和频率的关系式计算可得。