沪科版 (2019)选择性必修 第三册第6章 波粒二象性6.3 光的波粒二象性一课一练

6.3光的波粒二象性同步练习2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　）

A．康普顿效应证明光具有波动性

B．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释

C．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变长了

D．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变短了

2．以下说法正确的是（　　）

A．光从空气进入水中后波长变大

B．康普顿效应表明光子具有动量

C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光

D．在真空中传播的光是横波，在空气中传播的光是纵波

3．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是(          )

A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的．

B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性．

C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波．

D．光具有波粒二象性．

4．下列叙述正确的是（     ）

A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元

B．康普顿效应表明光子具有能量

C．牛顿运动定律至适用于宏观低速物体，动量守恒定律只能适用于微观高速物体的碰撞

D．汤姆逊通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构

5．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是（　　）

A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性

B．光的频率越高，光子的能量越大

C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D．在光的干涉中，光子一定到达亮条纹的地方

6．康普顿散射的主要特征是（　　）

A．散射光的波长与入射光的波长全然不同

B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关

C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的

D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关

7．两束单色光A、B的波长分别为、，且，已知普朗克常量为h、光速为c，则下列说法正确的是（　　）

A．B光在水中发生全反射时的临界角较大

B．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到B光产生的条纹间距较大

C．A、B两种光子的动量之比为

D．光电效应实验中，单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为

8．下列说法中正确的是   （   ）

A．黑体辐射时，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向频率较小的方向移动

B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分能量转移给电子，因此光子散射后波长变短

C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成．

D．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成．

9．为了做好疫情防控工作，考试时工作人员利用红外线体温计对考生进行体温检测。红外线体温计的工作原理是：被测人员辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。图为氢原子能级示意图，已知普朗克常量为，光在真空中的速度为，元电荷。红外线中只有波长在0.76至14的范围内的才能被捕捉。要使氢原子辐射出的光子可被红外线体温计捕捉，最少应给处于n=1的氢原子提供的能量为（　　）

A．2.55eV B．12.09eV C．12.75eV D．10.20eV

10．下列说法正确的是（       ）

A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象

B．康普顿在研究石墨对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．波尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念

D．由可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几天后将有氧气生成

11．下列说法正确的是（　　）

A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度

B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为

C．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短

D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体

12．下列说法正确的是（　　）

A．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的

B．牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，并“称”出了地球的质量

C．光电效应现象由爱因斯坦发现，并对其做出了正确的解释

D．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量

13．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

14．下列说法正确的是(    )

A．在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分能量转移给电子,因此,光子散射后波长变小

B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引入了量子理论

C．光电效应现象说明光具有波动性

D．在黑体辐射中随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都会增加;另一方面辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

15．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．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

二、填空题（共4题）

16．康普顿效应和光子的动量

（1）康普顿效应：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____λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。

（2）康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量。

（3）光子的动量

a.表达式：。

b.说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长_____。

17．科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像．已知普朗克常量为h，真空的光速为c.若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝________，该光子与电子碰撞后其波长将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．

18．在图装置中，阴极K在光子动量为p0的单色光1的照射下发生了光电效应，调节滑片P至某一位置，使电流表的示数恰好为零；在保持上述滑片P的位置不变的情况下，改用光子动量为0.5p0的单色光2照射阴极K，则电流表的示数将________(选填“为0”或“不为0”)，单色光1、2的波长之比为________．

19．判断下列说法的正误。

（1）光子的动量与波长成反比。(    )

（2）光子发生散射后，其波长变大。(    )

（3）光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。(    )

（4）光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子。(    )

三、综合题（共4题）

20．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的？

21．我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P0的高纯度和高亮度激光．如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，当该激光射向阴极，产生了光电流．移动变阻器的滑片P，当光电流恰为零时，电压表的示数为Uc，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c．求：

①激光器发出的光子的动量p；

②光电管阴极K的截止频率νc．

22．已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为c。普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的半球体，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。

（1）试比较单位时间打到半球面上的光子数N甲和单位时间打到圆盘上的光子数N乙的大小关系；

（2）由于太阳光的作用，会使半球体或圆盘受到一个向下的压力。为比较太阳光对图甲中半球体的压力和对图乙中圆盘的压力的大小关系，某同学想到了利用微元法的思想来进行计算。他在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1=θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。试在以下两种情况下分别写出太阳光对S1面和对S2面（假设太阳光直接穿过球面照射到S2上）的压力的表达式，并比较大小。

A．所有照射到球面上的太阳光均被吸收；

B．所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律。

23．当用频率为的紫光分别照射铯、锌和银的表面时，能产生光电效应吗？为什么？若能产生光电效应，逸出的光电子的最大动能是多大？（已知铯的逸出功为1.9eV，锌的逸出功为3.34eV，银的逸出功为4.63eV）

参考答案：

1．C

2．B

3．A

4．A

5．B

6．D

7．D

8．D

9．C

10．B

11．A

12．A

13．D

14．B

15．D

16．     大于     变大

17．          变大

18．     为0     1∶2

19．     对     对     对     错

20．频率为5.13×1014Hz，波长为5.85×10-7m，为黄色光。

21．① p= ②   νc=ν-

22．（1）；

（2）A．在时间内，射到S1面上的光子数为

光子被完全吸收，根据动量定理，光子受到的力为F1，则

得

根据牛顿第三定律，S1面受到的力为

同理，S2面受到的力为

又因为，故            

B．在在时间内，射到S1面上的光子数仍为，所有光子均被反射，设每个光子被反射前、后的动量变化量为，则

方向垂直于S1面，如图所示

根据动量定理，光子受到的作用力F3，则

得

方向垂直于S1面斜向上

根据牛顿第三定律，S1面受到的力垂直于S1面斜向下，其竖直向下的分力为S1面所受到的合力，即

同理，可求出S2面所受到的光子作用力为F4

故得

可见。                 ‍

23．该光照射铯时能产生光电效应，逸出的光电子的最大初动能是1.0eV，而照射锌和银的表面时，由于该光子的能量值小于锌和银的逸出功，所以不能产生光电效应