高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 波粒二象性第三节 光的波粒二象性当堂达标检测题

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册

4.3光的波粒二象性 跟踪训练（解析版）

1．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

2．康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前、后的示意图。则碰撞后（　　）

A．光子的动量大小不变 B．光子的速度减小

C．光子的波长变长 D．电子的动量增加了

3．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，减弱光子流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上就只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹。关于此实验，下列理解正确的是（　　）

A．干涉条纹是光子之间相互作用的结果

B．少量的光子不具有波动性，大量的光子具有波动性

C．单个光子通过双缝后的落点可以预测

D．光子在某点附近出现的概率可以确定，亮条纹处出现的概率大，暗条纹处出现的概率小

4．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　）

A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性

B．激光的频率为

C．激光光子的动量为

D．每个激光脉冲的能量为

5．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有（　　）

A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

C．黑体辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何实验规律

6．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（　　）

A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子

B．在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大

C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关

D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应

7．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

8．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（  ）

A．能量守恒，动量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′

C．能量守恒，动量守恒，且λλ′ D．能量守恒，动量守恒，且λλ′

9．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光光子的运动方向也会发生相应的改变．下列说法正确的是

A．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大

B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量

C．X光散射后与散射前相比，速度变小

D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变

10．实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿效应，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该现象被称为逆康普顿效应，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿效应，下列说法正确的是

A．该过程不遵循能量守恒定律

B．该过程不遵循动量守恒定律

C．散射光中存在波长变长的成分

D．散射光中存在频率变大的成分

11．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿那个方向运动，波长如何变化

A．3、变长 B．1、变短 C．1、变长 D．2、不变

12．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比（　　）

A．频率变大

B．速度变小

C．光子能量变大

D．波长变长

13．实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（　　）

A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大

B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大

C．散射后电子的速度一定变大

D．散射后电子的能量一定变大

14．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是（   ）

A．能量较大的光子其波动性越显著

B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显

C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性

D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变长了

15．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　）

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．康普顿效应表明光具有粒子性

16．已知光速为，普朗克常量为，现用频率为的光垂直照射平面镜，光全部被平面镜垂直反射回去，则（　　）

A．光子动量为 B．光子能量为

C．平面镜对光反射前后，光子动量的变化量为 

D．平面镜对一个光子的冲量为

17．从古代光的微粒说到光的波动说，从光的电磁理论到光子理论，人类对光的认识构成了一部科学史诗，现在我们认为：光具有波粒二象性。下列能体现光的粒子性的现象是（　　）

A．光的干涉 B．光的衍射 C．光电效应 D．康普顿效应

18．已知A、B两种光子的动量之比为1∶2，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为、，则（　　）

A．A、B两种光子的波长之比为1∶2

B．A、B两种光子的能量之比为2∶1

C．该金属的逸出功为

D．若A、B两种光入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比为2∶1

19．下列说法正确是

A．电子的衍射图样说明光的波动性

B．粒子散射实验证实原子核由质子、中子组成

C．德布罗意波和光波都是概率波

D．康普顿效应和光电效应深入揭示了光的粒子性

参考答案

1．D

【详解】

测量发现康普顿散射后的X射线中，既有波长不变的X射线，又有波长变长的X射线，而且散射光波长的改变量与散射角的大小有关，波长变长的X射线动量和能量的大小均变小了，这是散射过程中动量和能量守恒的体现，故 D正确，ABC错误。

故选D。

2．C

【详解】

AC．光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由

可知光子的波长变长，故C正确，A错误；

B．由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；

D．由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于，故D错误。

故选C。

3．D

【详解】

A．干涉条纹是光的波动性的体现，它不是由光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，故A错误；

B．少量的光子依然具有波动性，故B错误；

C．单个光子通过双缝后的落点不可预测，只能用落点位置的概率高低描述，故C错误；

D．光波是一种概率波，光子在某点附近出现的概率可以确定，亮条纹处出现的概率大，暗条纹处出现的概率小，故D正确。

故选D。

4．D

【详解】

A．用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；

B．根据可知激光的频率为

故B错误；

C．根据得，激光光子的动量为

故C错误；

D．根据和可知，则单个光子的能量为，则每个激光脉冲的能量为，故D正确。

故选D。

5．A

【详解】

黑体辐射规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射的极大值随温度的升高向波长较短的方向移动（紫移）。

故选A。

6．D

【详解】

A．光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以叫光子，选项A错误；

B．在光电效应实验中，光电流的大小与光照时间无关，选项B错误；

C．根据

则对于同种金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，选项C错误；

D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，频率变小，这个现象称为康普顿效应，选项D正确。

故选D。

7．D

【详解】

A．由题意可知，这种光子的波长为

故A错误；

B．根据

可得，这种光子的动量为

故B错误；

C．两束光要想发生干涉现象，要求两种光子的频率相同，所以该光与另一束强度相同、频率为的光相遇时不可以产生光的干涉现象，故C错误；

D．根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电效应逸出光电子的最大初动能为

所以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，故D正确。

故选D。

8．C

【详解】

光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒。

光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，

根据

知波长变长，即λ<λ′。

A. 能量守恒，动量守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故A错误；   

B. 能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故B错误；

C. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论相符，故C正确；   

D. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论不符，故D错误。

故选：C.

9．B

【详解】

在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速c，根据：

知光子频率减小，康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量，证明了光的粒子性，故ACD错误，B正确；

故选B。

10．D

【详解】

AB．射线的光子与电子撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，可以推知，在逆康普顿效应中，同样遵循能量守恒定律与动量守恒定律，故AB错误；

CD．逆康普顿散射的过程中有能量从电子转移到光子，则光子的能量增大，根据公式：

可知散射光中存在频率变大的成分，或者说散射光中存在波长变短的成分，故C错误，D正确。

故选D。

11．C

【详解】

光子与电子碰撞过程系统动量守恒,系统动量的矢量和不变,碰前动量向右,故碰撞后系统的动量的矢量和也向右,故碰后光子可能沿方向1振动;因为电子动能增加,故光子动减量小,根据,光子的频率减小,根据,波长变长;故C正确；ABD错误．故选C

12．D

【详解】

光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小；故A错误；碰撞前、后的光子速度不变，故B错误；当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，电子能量增加，故光子能量减小．故C错误．当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大．选项D正确．

13．B

【解析】

光在介质中的传播速度与光的频率无关，只与介质有关，故相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度不变，选项A错误；若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则因散射后光的能量变大，故照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，选项B正确；散射后电子的部分能量传给光子，则动能减小，速度减小，选项CD错误；

14．CD

【详解】

A．由

可知，能量较大的光子其频率较高，波长较短，波动性较不显著，A错误；

B．由

可知，速度相同的质子和电子相比，质子的动量较大，波长较短，波动性较不明显，B错误；

C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，C正确；

D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，动量减小，由B的解析可知，光子的波长变长，D正确。

故选CD。

15．CD

【详解】

A．一切光都具有波粒二象性，光的有些现象（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些现象（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，故A错误；

B．电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，故B错误；

C．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，故C正确；

D．康普顿效应表明光具有粒子性，故D正确。

故选CD。

16．BCD

【详解】

A．光子的动量为，A错误；

B．光子的能量为，B正确；

CD．根据动量定理，平面镜对一个光子的冲量为

CD正确。

故选BCD。

17．CD

【详解】

光具有波粒二象性，光电效应和康普顿效应能体现光的粒子性的现象，光的干涉和光的衍射能体现光的波动性的现象。

故选CD。

18．CD

【详解】

A．由动量

可得

可得A、B两种光子的波长之比为2∶1，故A错；

B．由光子能量

可得两种光子的能量之比为1∶2，故B错误；

C．由于

而

解得

故C正确；

D．由

可知若A、B两种光入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比为2∶1，故D正确。

故选CD。

19．CD

【详解】

A．电子的衍射图样说明实物粒子也有波动性，选项A错误；

B．粒子散射实验证实原子的核式结构理论，选项B错误；

C．德布罗意波和光波都是概率波，选项C正确；

D．康普顿效应和光电效应深入揭示了光的粒子性，选项D正确；

故选CD.