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 13 题） 1．下列叙述中不正确的是（　　） A．光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实 B．玻尔建立了量子理论，成功解释了所有原子发光现象 C．在光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方 D．宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性 2．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 1 1 H+12 H �32 He 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 3．下列事例中表明光子不但具有能量，而且象实物粒子一样具有动量的是 （ ） A．康普顿效应 B．光的偏振现象 C．光的色散现象 D．光的干涉现象 4．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 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 5．物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产 的繁荣与人类文明的进步。关于对物理学发展过程的认识，下列说法正确的是（　　） A．贝克勒尔发现天然放射现象，其中 β 射线来自原子最外层电子的运动 B．康普顿效应说明光具有波动性 C．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想 D．卢瑟福通过对 α 粒子散射实验的研究，揭示了原子核的复杂结构 6．用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在， 如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明(　　) A．光只有粒子性没有波动性 B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 C．光只有波动性没有粒子性 D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性 7．关于物理学家的历史贡献下列说法中不正确的是 A．康普顿在研究电子对 X 射线的散射时，证实了光既具有能量也具有动量 B．查德威克发现了中子，根据  粒子散射实验提出了原子核式结构模型 C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的内部结构 D．巴尔末归纳总结了一些氢原子光谱的波长规律，推动了玻尔原子量子化轨道理论的建立 8．下列说法中不正确的是(　　) A．康普顿效应说明了光子具有动量和能量 B．康普顿效应进一步证实了光的粒子性 C．黑体辐射规律是爱因斯坦提出的 D．普朗克提出能量子假设 9．关于近代物理研究，下列说法正确的有（ ） A．汤姆孙发现组成阴极射线的粒子是 α 粒子 B．光电效应实验中，光强越强，光电子动能越大 C．普朗克假设微观粒子的能量是量子化的，解释了黑体辐射现象 D．一个光子与一个静止的电子碰撞而散射，其频率不会发生改变 10．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 11．2021 年 1 月 21 日，包括中国科研人员在内的一支国际团队，使用冷冻镜断层成像技术“拍摄”到新冠病 毒的 3D 影像，测得新冠病毒的平均尺度是 100nm，如图所示。已知普朗克常量为 6.63 �10 34 J� s ，下列说 法正确的是（　　） 4 A．100nm 相当于10 m B．想要“看清”新冠病毒，所用“光波”的波长应该大于 100nm C．用能量为 2.55eV 的可见光照射，在显微镜下病毒清晰可见 D．波长 100nm 的光子动量数量级为 10-27kg·m/s 12．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 子与电子碰撞前的频率为 ν，碰撞后的频率为 ν′，则碰撞过程中（　　） A．能量守恒，动量守恒，且 ν＝ν′ B．能量不守恒，动量不守恒，且 ν＝ν′ C．能量守恒，动量守恒，且 ν＜ν′ D．能量守恒，动量守恒，且 ν＞ν′ 13．2018 年 11 月 29 日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收，该光刻机光刻分辨 力达到 22nm．关于光的认识，下列说法正确的是( ) A．光子除了具有能量之外还具有动量 B．波长越长的光，光子动量越大 C．光电效应显示了光的波动性 D．爱因斯坦测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量 h 二、填空题（共 4 题） 14．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： p  h 。 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_____。 15．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”）． 16．国际权威学术期刊《自然》于 2017 年 11 月 30 日在线发布，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中 测到电子宇宙射线的一处异常波动，这意味着中国科学家取得了一项开创性发现。有理论预言，当两个暗 物质粒子相遇时，由于互为反物质，它们便会湮灭，从而产生出高能的 γ 射线。假设有一个 α 粒子（ ）和一个反 α 粒子（ 4 2 He 4 2 He ），它们的质量均为 m，以相同的动能 Ek 进行对心碰撞而发生湮灭。已知普朗克 常量为 h。试回答下列问题： (1)该反应过程中__________。 A．可能只放出一束光子 B．可能放出两个频率相同的光子 C．可能放出三个频率相同的光子 D．只能放出两个频率相同的光子 (2)该 α 粒子的动量为__________，其德布罗意波波长为________。 (3)试计算该反应过程中放出的总能量 E=_______。（已知真空中光速为 c） 17．光电效应实验中，用波长为 0 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 0 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_____． 2 （已知普朗克常量为 h、光速为 c） 三、综合题（共 4 题） 18．在学完“光的波粒二象性”内容后，小李同学说：“大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为往往 表现出粒子性，当光表现出波动性时，就不具有粒子性了；而光表现出粒子性时，就不再具有波动性了。” 他的观点正确吗？为什么？ 19．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些 方面确实也会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量和动量的“光子”）组成的。人们意识到，光既 具有波动性，又具有粒子性。（c 为光速，h 为普朗克常量）我们在磁场中学习过磁通量  ，其实在物理学 中有很多通量的概念，比如电通量、光通量、辐射通量等等。辐射通量 c 表示单位时间内通过某一截面的 辐射能，其单位为 J/s。 (1)光子具有能量。一束波长为 λ 的光垂直照射在面积为 S 的黑色纸片上，其辐射通量为 φc，且全部被黑纸 片吸收，求该束光单位体积内的光子数 n； (2)光子具有动量。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发 生改变，因而对物体表面产生一种压力。求上一问中的光对黑纸片产生的压力大小，并判断若将黑纸片换 成等大的白纸片，该束光对白纸片的压力有何变化。 20．由阴极 K 发射的电子（质量为 m，电量为 e，设其初速度为零）经加速极 A 加速后垂直射向一开有两 条平行狭缝的屏，电子自狭缝出射后打到一荧光屏上，如图所示。由于电子具有波动性，荧光屏将出现明 暗相间的条纹。设加速极 A 与阴极 K 之间的电压为 U，两平行狭缝间的距离为 d，试问： （1）在整个装置的轴线与荧光屏的交点 О 处，将出现暗条纹还是亮条纹？ （2）设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在 θ 角处，写出 θ 的表示式（以 m，e，d，V 及其他有关恒量表 示）。 21．物理学中有一个非常有趣的现象：研究微观世界的粒子物理、量子理论，与研究宇宙的理论竟然相互 沟通，相互支撑。目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能。 (1)已知太阳向各个方向辐射能量的情况是相同的。如果太阳光的传播速度为 c，到达地球需要的时间为 t， 在地球大气层表面每秒钟每平方米垂直接收到的太阳辐射能量为 E0。请你求出太阳辐射的总功率 P 的表达 式； (2)根据量子理论可知，光子既有能量也有动量，光子的动量 p  h h  ，其中 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，到达地球的所有光子能量均为 4×10-19J， 8 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 �10 m/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） (3)在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知目前阶段太阳 辐射的总功率 P0  4 �10 26 W ，太阳质量 M 0  2 �1030 kg （其中氢约占 70%），氢转变为氦的过程中质量亏 损约为 1%。请你估算如果现有氢中的 10%发生聚变大约需要多少年。（结果保留一位有效数字，1 年按 3×107s 计算）参考答案： 1．B 2．C 3．A 4．C 5．C 6．B 7．B 8．C 9．C 10．C 11．D 12．D 13．A 14． 大于 15． 1 变大 变长 16． BC 2mEk 17