4.3光的波粒二象性同步練習(xí)2021—2022學(xué)年高中物理粵教版（2019）選擇性必修第三冊一、選擇題（共15題）1．能夠證明光具有粒子性的現(xiàn)象是   (　　)A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)B．光的衍射和光的色散C．光的折射和透鏡成像D．光的干涉和康普頓效應(yīng)2．關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說法正確的是 (　　)A．康普頓效應(yīng)證明光具有波動性B．康普頓在研究石墨對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)，在散射的X射線中，有些波長變短了C．康普頓在研究石墨對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)，在散射的X射線中，有些波長變長了D．康普頓效應(yīng)可用經(jīng)典電磁理論進(jìn)行解釋3．下列說法正確的是(　 　)A．愛因斯坦在光的粒子性的基礎(chǔ)上，建立了光電效應(yīng)方程B．康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量，不具有動量C．波爾的原子理論成功地解釋了所有原子光譜的實驗規(guī)律D．德布羅意指出微觀粒子的動量越大，其對應(yīng)的波長就越長4．氫原子能級如圖所示，某次實驗發(fā)現(xiàn)電子分別從第三激發(fā)態(tài)和第二激發(fā)態(tài)直接躍遷回基態(tài)，并輻射產(chǎn)生a光和b光。已知可見光的光子能量在到之間，下列說法正確的是（　?。?/span>A．a光的光子動量大于b光的光子動量B．利用a光和b光分別進(jìn)行雙縫干涉實驗，在其他實驗條件相同的情況下，a光形成的干涉條紋間距更寬C．用a光照射大量處于基態(tài)的氫原子，有可能輻射射線D．用a光照射大量處于基態(tài)的氫原子，至多可輻射出2種可見光5．人們對“光的本性”的認(rèn)識，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程．下列符合物理學(xué)史實的是（　　）A．牛頓提出光是一種高速粒子流，并能解釋一切光的現(xiàn)象B．惠更斯認(rèn)為光是機(jī)械波，并能解釋一切光的現(xiàn)象C．為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦提出了光子說D．為了說明光的本性，麥克斯韋提出了光的波粒二象性6．下列說法正確的是A．衰變成要經(jīng)過4次衰變和2次衰變B．核泄漏事故污染物能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為可以判斷為質(zhì)子C．玻爾理論的假設(shè)是原子能量的量子化和軌道量子化D．康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的衍射實驗說明實物粒子只具有粒子性7．關(guān)于波粒二象性，下列說法正確的是(　　)A．圖甲中紫光照射到鋅板上可以發(fā)生光電效應(yīng)，則其他可見光照射到鋅板上也一定可以發(fā)生光電效應(yīng)B．圖乙中入射光的強(qiáng)度越大，則在陰極板上產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大C．圖丙說明光子既有粒子性也有波動性D．戴維孫和湯姆孫利用圖丁證明了電子具有波動性8．關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的規(guī)律，下列說法正確的是（　　）A．光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫做光子B．在光電效應(yīng)實驗中，光照時間越長光電流越大C．對于同種金屬而言，遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)D．石基對Ｘ射線散射時，部分Ｘ射線的散射光波長會變長，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)9．下列各種敘述中，符合物理學(xué)事實的是A．康普頓效應(yīng)證明了光具有波動性B．電子衍射實驗證明了實物粒子具有波動性C．普朗克為了解釋光電效應(yīng)的規(guī)律提出光子說D．光電效應(yīng)現(xiàn)象是愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)的10．下列關(guān)于物理學(xué)發(fā)展史的說法，正確的是（　?。?/span>A．居里夫人首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，揭示了原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)B．戴維孫與G-P湯姆孫利用晶體做了電子束的衍射實驗，從而證實了電子的波動性C．康普頓效應(yīng)只表明光子具有能量D．玻爾原子模型能很好地解釋所有原子光譜的實驗規(guī)律11．環(huán)境監(jiān)測中通常需要監(jiān)測煙塵濃度。如圖所示為光電式煙塵濃度計的工作原理圖。光源1發(fā)出的光線經(jīng)聚光透鏡2后，再經(jīng)半透半反鏡3分成兩束強(qiáng)度相等的光線。其中一路光線經(jīng)反射鏡4后穿過被測煙塵，有部分光線被煙塵吸收或散射（光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，使光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象）后，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換電路6轉(zhuǎn)換成電壓信號U1.另一路光線直接到達(dá)光電轉(zhuǎn)換電路7（6、7完全相同）后，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比電壓信號U2.運算電路通過U1和U2的比值計算出被測煙塵的濃度。根據(jù)上述信息應(yīng)用所學(xué)知識可以判斷（　?。?/span>A．沒有煙塵時，U1和U2的比值應(yīng)該為零B．散射過程中動量守恒定律不成立C．如果用全反射棱鏡作為反射鏡4，其折射率至少為2D．煙塵濃度越高時，U1和U2的差值越大12．康普頓散射的主要特征是（　?。?/span>A．散射光的波長與入射光的波長全然不同B．散射光的波長有些與入射光的相同，但有些變短了，散射角的大小與散射波長無關(guān)C．散射光的波長有些與入射光的相同，但也有變長的，也有變短的D．散射光的波長有些與入射光的相同，有些散射光的波長比入射光的波長長些，且散射光波長的改變量與散射角的大小有關(guān)13．根據(jù)量子理論：光子既有能量也有動量；光子的能量E和動量p之間的關(guān)系是，其中c為光速。由于光子有動量，照到物體表面的光子被物體吸收或被反射時都會對物體產(chǎn)生一定的沖量，也就對物體產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)。根據(jù)動量定理可近似認(rèn)為：當(dāng)動量為p的光子垂直照到物體表面，若被物體反射，則物體受到的沖量大小為2p；若被物體吸收，則物體受到的沖量大小為p。某激光器發(fā)出激光束的功率為，光束的橫截面積為S。當(dāng)該激光束垂直照射到某物體表面時，物體對該激光的反光率為，則激光束對此物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)為（            ）A． B． C． D．14．有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測時，給探測器安上面積極大、反射率極高（可認(rèn)為100%）的薄膜，并讓它正對太陽，用光壓為動力推動探測器加速。已知探測器在某軌道上運行時，每秒每平方米面積獲得的太陽光能為E=1.5×104 J，薄膜面積為S=6.0×102 m2，若探測器總質(zhì)量為M=60 kg，光速c=3.0×108 m/s，那么下列最接近探測器得到的加速度大小的是（根據(jù)量子理論，光子不但有能量，而且有動量。光子動量的計算式為p=，其中h是普朗克常量，λ是光子的波長）（　　）A．1.0×10－3 m/s2B．1.0×10－2 m/s2C．1.0×10－1 m/s2D．1 m/s215．下列說法正確的是（　?。?/span>A．“康普頓效應(yīng)”說明光具有能量，“光電效應(yīng)”說明光具有動量B．目前的核電站、核潛艇在利用核能時，發(fā)生的核反應(yīng)方程均是C．對于某種金屬來說，其發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率是恒定的，且與入射光的強(qiáng)度無關(guān)D．中子與質(zhì)子結(jié)合成氘核時，需要吸收能量二、填空題（共4題）16．康普頓效應(yīng)表明光子不但具有能量，而且象實物粒子一樣具有動量(      )17．在圖裝置中，陰極K在光子動量為p0的單色光1的照射下發(fā)生了光電效應(yīng)，調(diào)節(jié)滑片P至某一位置，使電流表的示數(shù)恰好為零；在保持上述滑片P的位置不變的情況下，改用光子動量為0.5p0的單色光2照射陰極K，則電流表的示數(shù)將________(選填“為0”或“不為0”)，單色光1、2的波長之比為________．18．光電效應(yīng)實驗中，用波長為的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出．當(dāng)波長為的單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為______，A、B兩種光子的動量之比為_____． （已知普朗克常量為h、光速為c）19．康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也有動量，下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向___________運動，并且波長___________（填“不變”“變小”或“變長”）．三、綜合題（共4題）20．簡述康普頓散射的過程及結(jié)論。21．根據(jù)量子理論可知，光子既有能量也有動量，每個光子的動量均為，其中h為普朗克常量，λ為光的波長。太陽光照射到地球表面時，如同大量氣體分子頻繁碰撞器壁一樣，會產(chǎn)生持續(xù)均勻的“光壓力”。為了將問題簡化，我們假設(shè)太陽光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到達(dá)地球的每個光子能量均為4×10-19J，每秒鐘照射到地球的光子數(shù)為4.5×1035。已知真空中光速c=3×108m/s，太陽對地球的萬有引力大小約為3.5×1022N。請你結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析說明，我們在研究地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時，是否需要考慮太陽“光壓力”對地球的影響。（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）22．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)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還具有動量．由狹義相對論可知,一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對應(yīng)：E=m，其中c為真空中光速．(1)已知某單色光的頻率為v,波長為λ,該單色光光子的能量E=hv,其中h為普朗克常量．試借用質(zhì)子、電子等粒子動量的定義：動量=質(zhì)量×速度,推導(dǎo)該單色光光子的動量p=.(2)光照射到物體表面時，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會對物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示．一臺發(fā)光功率為的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為S.如圖所示，真空中，有一被固定的“∞”字形裝置，其中左邊是圓形黑色的大紙片，右邊是與左邊大小、質(zhì)量均相同的圓形白色大紙片．①當(dāng)該激光束垂直照射到黑色紙片中心上,假設(shè)光全部被黑紙片吸收,試寫出該激光在黑色紙片的表面產(chǎn)生的光壓的表達(dá)式．②當(dāng)該激光束垂直坪射到白色紙片中心上,假設(shè)其中被白紙反射的光占入射光的比例為η,其余的入射光被白紙片吸收,試寫出該激光在白色紙片的光壓的表達(dá)式．23．光照射到物體表面時，如同大量粒子與墻壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力。一臺發(fā)光功率為的激光器發(fā)出一束頻率為ν的激光，普朗克常量為h。（1）求頻率為ν的激光光子動量p和能量E；（2）求該激光器每秒鐘發(fā)出的激光光子的個數(shù)n；（3）已知光束的橫截面積為S，當(dāng)該激光束垂直照射到某物體表面時，假設(shè)光全部被吸收，試寫出其在物體表面引起的壓力的表達(dá)式。
參考答案：1．A2．C3．A4．A5．C6．C7．D8．D9．B10．B11．D12．D13．B14．A15．C16．正確17．     為0     1∶218．          1:219．     1     變長20．實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。21．每個光子能量每個光子動量光照射到地球表面被吸收時，由動量定理有-F光t=0-Ntp代入數(shù)據(jù)可得，太陽光照射到地球表面產(chǎn)生的光壓力F光=6×108N光壓力與萬有引力之比由此可知，光壓力遠(yuǎn)小于太陽對地球的萬有引力，我們在研究地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時，不需要考慮太陽“光壓力”對地球的影響。22．(1)略；(2)== 23．（1），；（2）；（3） 

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第三節(jié) 光的波粒二象性

版本： 粵教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第三冊

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