高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第三节 光的波粒二象性课时训练

4.3光的波粒二象性基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．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

2．首次成功解释光电效应和首次提出物质波的科学家分别是(     )

A．普朗克、爱因斯坦

B．爱因斯坦、德布罗意

C．普朗克、德布罗意

D．爱因斯坦、康普顿

3．下列说法正确的是（　　）

A．“康普顿效应”说明光具有能量，“光电效应”说明光具有动量

B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应方程均是

C．对于某种金属来说，其发生光电效应的极限频率是恒定的，且与入射光的强度无关

D．中子与质子结合成氘核时，需要吸收能量

4．下列说法中正确的是（　　）

A．射线的电离本领比射线弱

B．温度和压强对核反应的进行会产生影响

C．氢原子光谱分立性表明原子核具有复杂的结构

D．石墨对X射线散射时，X射线中产生了波长大于入射波长的成分。这一现象揭示了光的波动性

5．能够证明光具有波粒二象性的现象是 (　　)

A．光电效应和康普顿效应

B．光的衍射和光的色散

C．光的折射和透镜成像

D．光的干涉和康普顿效应

6．下列说法正确的是

A．汤姆孙发现了中子，被称为“中子之父”

B．玻尔理论指出原子可以处于连续的能量状态中

C．普朗克的α粒子散射实验，奠定了原子的核式结构模型

D．康普顿研究石墨对X射线的散射，证实了光子有动量，进一步揭示了光的粒子性

7．下列说法正确的是（　　）

A．阴极射线的本质是高频电磁波

B．只要入射光照强度足够大，就会发生光电效应

C．微观粒子也具有波动性，对应的波叫做德布罗意波，其本质为电磁波

D．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，光子散射后波长变大

8．已知某种光的频率为，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是（　　）

A．这种光子的波长为

B．这种光子的动量为

C．该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时可以产生光的干涉现象

D．用该光照射逸出功为W的金属有电子逸出，则电子的最大初动能为

9．下列说法正确的是（    ）

A．卢瑟福粒子散射实验证明了汤姆孙的“西瓜模型”的正确性

B．贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构

C．比结合能越大的原子核，核子的平均质量也越大

D．康普顿效应说明光具有波动性

10．根据量子理论：光子既有能量也有动量；光子的能量E和动量p之间的关系是E=pc，其中c为光速．由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量，也就对物体产生了一定的压强．根据动量定理可近似认为：当动量为p的光子垂直照到物体表面，若被物体反射，则物体受到的冲量大小为2p；若被物体吸收，则物体受到的冲量大小为p．某激光器发出激光束的功率为P0，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，物体对该激光的反光率为η，则激光束对此物体产生的压强为

A． B．

C． D．

11．下列说法中正确的是（　　）

A．泊松亮斑证实了光的粒子性

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

12．关于下列物理问题的理解，正确的是（　　）

A．康普顿研究X射线被较轻物质(石墨)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有波长较长的成分，所以康普顿效应说明光具有波动性

B．光电效应实验中，用某一频率的光照射金属，电压不变时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关

C．当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子（E1=-13.6eV）时，氢原子一定不能跃迁到激发态

D．氘核分离成质子与中子的过程中需要吸收的最小能量就是氘核的结合能

13．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上面积极大、反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。已知探测器在某轨道上运行时，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E=1.5×104 J，薄膜面积为S=6.0×102 m2，若探测器总质量为M=60 kg，光速c=3.0×108 m/s，那么下列最接近探测器得到的加速度大小的是（根据量子理论，光子不但有能量，而且有动量。光子动量的计算式为p=，其中h是普朗克常量，λ是光子的波长）（　　）

A．1.0×10－3 m/s2

B．1.0×10－2 m/s2

C．1.0×10－1 m/s2

D．1 m/s2

14．A、B两种光子的频率分别为v、2v，照射同一光电管所产生的光电子最大初动能之比为1：3。普朗克常量用h表示，下列说法正确的是（　　）

A．该光电管内金属的逸出功为0.6hv

B．A、B两种光子的动量之比为2：1

C．A、B两种光子对应的截止电压之比为1：2

D．用A、B两种光做双缝干涉实验，在相同条件下相邻亮条纹间距之比为2：1

15．下列说法中错误的是

A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说

B．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性

C．黑体辐射，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波长较短的方向移动

D．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短

二、填空题（共4题）

16．康普顿效应表明光子不但具有能量，而且象实物粒子一样具有动量（______）

17．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向___________运动，并且波长___________（填“不变”“变小”或“变长”）．

18．（1）关于下列四幅图的说法，正确的是__________

A．图甲中放射源放出的三种射线是由同一种元素的原子核释放的

B．图乙中用紫外光灯照射与验电器相连的锌板，锌板和验电器均带正电

C．图丙为黑体辐射规律，普朗克提出能量子概念成功解释了这个规律

D．图丁中电子束通过铝箔后的衍射图样说明电子具有粒子性

（2）我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P的高纯度和高亮度激光，当该激光垂直照射到某纯黑物体表面时能被完全吸收．已知真空中光速为c，普朗克恒量为h，则该激光发出的光子的动量为_______，纯黑物体受到该激光的压力为_____．

（3）氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中,是除吸烟外导致肺癌的重大因素．静止的氡核放出一个粒子X后变成钋核，钋核的动能为0.33MeV，设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能．

①写出上述衰变的核反应方程_________；

②求粒子X的动能   __________．（保留两位有效数字）

19．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．

(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．

(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．

(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性”或“波动性”)．甲图中金属片张开是因为验电器带________(填“正”或“负”)电，若改用强度较弱的紫外线照射锌板________(填“能”或“不能”)使金属片张开；乙图中ν1________ν(填“>”、“<”或“＝”)．

三、综合题（共4题）

20．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质．

（1）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，动量，其中v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：

a．该激光器在单位时间内发出的光子数N；

b．该激光作用在物体表面时产生的光压I．

（2）从微观角度看，气体对容器的压强是大量气体分子对容器壁的频繁撞击引起的．正方体密闭容器中有大量运动的粒子，每个粒子质量为m，单位体积内粒子数量为n．为简化问题，我们假定：粒子大小可以忽略；速率均为v，且与容器壁各面碰撞的机会均等；与容器壁碰撞前后瞬间，粒子速度方向都与容器壁垂直，且速率不变．

a．利用所学力学知识，推导容器壁受到的压强P与m、n和v的关系；

b．我们知道，理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即，式中α为比例常数．请从微观角度解释说明：一定质量的理想气体，体积一定时，其压强与温度成正比．

21．根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，每个光子的动量均为，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。为了将问题简化，我们假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每个光子能量均为4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为4.5×1035。已知真空中光速c=3×108m/s，太阳对地球的万有引力大小约为3.5×1022N。请你结合以上数据分析说明，我们在研究地球围绕太阳公转时，是否需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。（结果保留一位有效数字）

22．我国非常注重太阳能的开发和利用，太阳能热水器的产量和使用量均为世界第一。光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能、如图所示，真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成内能，这种镀膜技术的物理依据是什么？请查阅相关资料后与同学分享所得。

23．在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同。已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长λ。

参考答案

1．A

2．B

3．C

4．B

5．D

6．D

7．D

8．D

9．B

10．B

11．C

12．D

13．A

14．D

15．D

16．正确

17．1    变长   

18．BC    hv/c    P/c           

19．减小    无    粒子性    正    能    >   

20．（1）a. b. （2）a.

b.由，解得，一定质量的理想气体，体积一定时，其压强与温度成正比．

21．

每个光子能量

每个光子动量

光照射到地球表面被吸收时，由动量定理有

-F光t=0-Ntp

代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力

F光=6×108N

光压力与万有引力之比

由此可知，光压力远小于太阳对地球的万有引力，我们在研究地球围绕太阳公转时，不需要考虑太阳“光压力”对地球的影响。

22．

光照在薄膜两表面上被反射回去，在叠加处由于光程差使得两束反射光出现振动减弱，导致相互抵消，从而增强光的透射能力，这是依据光的干涉原理。

23．