高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第三节 光的波粒二象性测试题

4.3光的波粒二象性同步练习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．能够证明光具有粒子性的现象是   (　　)

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

2．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．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变短了

C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变长了

D．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释

3．下列说法正确的是(　 　)

A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程

B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量

C．波尔的原子理论成功地解释了所有原子光谱的实验规律

D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长

4．氢原子能级如图所示，某次实验发现电子分别从第三激发态和第二激发态直接跃迁回基态，并辐射产生a光和b光。已知可见光的光子能量在到之间，下列说法正确的是（　　）

A．a光的光子动量大于b光的光子动量

B．利用a光和b光分别进行双缝干涉实验，在其他实验条件相同的情况下，a光形成的干涉条纹间距更宽

C．用a光照射大量处于基态的氢原子，有可能辐射射线

D．用a光照射大量处于基态的氢原子，至多可辐射出2种可见光

5．人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程．下列符合物理学史实的是（　　）

A．牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象

B．惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象

C．为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说

D．为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性

6．下列说法正确的是

A．衰变成要经过4次衰变和2次衰变

B．核泄漏事故污染物能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为可以判断为质子

C．玻尔理论的假设是原子能量的量子化和轨道量子化

D．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明实物粒子只具有粒子性

7．关于波粒二象性，下列说法正确的是(　　)

A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应

B．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大

C．图丙说明光子既有粒子性也有波动性

D．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性

8．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

9．下列各种叙述中，符合物理学事实的是

A．康普顿效应证明了光具有波动性

B．电子衍射实验证明了实物粒子具有波动性

C．普朗克为了解释光电效应的规律提出光子说

D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的

10．下列关于物理学发展史的说法，正确的是（　　）

A．居里夫人首先发现了天然放射现象，揭示了原子核具有复杂结构

B．戴维孙与G-P汤姆孙利用晶体做了电子束的衍射实验，从而证实了电子的波动性

C．康普顿效应只表明光子具有能量

D．玻尔原子模型能很好地解释所有原子光谱的实验规律

11．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）

A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零

B．散射过程中动量守恒定律不成立

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2

D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大

12．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

13．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，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，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，则激光束对此物体产生的压强为（            ）

A． B． C． D．

14．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

15．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

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．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________．

18．光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为_____． （已知普朗克常量为h、光速为c）

19．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”）．

三、综合题（共4题）

20．简述康普顿散射的过程及结论。

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．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．由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应：E=m，其中c为真空中光速．

(1)已知某单色光的频率为v,波长为λ,该单色光光子的能量E=hv,其中h为普朗克常量．试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度,推导该单色光光子的动量p=.

(2)光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将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．

一台发光功率为的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S.如图所示，真空中，有一被固定的“∞”字形装置，其中左边是圆形黑色的大纸片，右边是与左边大小、质量均相同的圆形白色大纸片．

①当该激光束垂直照射到黑色纸片中心上,假设光全部被黑纸片吸收,试写出该激光在黑色纸片的表面产生的光压的表达式．

②当该激光束垂直坪射到白色纸片中心上,假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为η,其余的入射光被白纸片吸收,试写出该激光在白色纸片的光压的表达式．

23．光照射到物体表面时，如同大量粒子与墙壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力。一台发光功率为的激光器发出一束频率为ν的激光，普朗克常量为h。

（1）求频率为ν的激光光子动量p和能量E；

（2）求该激光器每秒钟发出的激光光子的个数n；

（3）已知光束的横截面积为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，试写出其在物体表面引起的压力的表达式。

参考答案：

1．A

2．C

3．A

4．A

5．C

6．C

7．D

8．D

9．B

10．B

11．D

12．D

13．B

14．A

15．C

16．正确

17．     为0     1∶2

18．          1:2

19．     1     变长

20．

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。

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．(1)略；(2)==

23．（1），；（2）；（3）