高中物理第三节 光的波粒二象性测试题

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．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

2．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

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．下列说法正确的是

A．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

B．放射性元素的半衰期与外界温度有关

C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定

D．太阳的巨大能量是核裂变产生的

5．下列说法正确的是

A．β射线是由于原子核内的中子转化产生的

B．光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性

C．一个氘核的质量等于一个质子和一个中子的质量之和

D．钴60的半衰期为5.27年，则2个钴60原子核经过5.27年将一定有1个发生衰变

6．关于近代物理学的结论中，哪些是正确的

A．热辐射只与物体的温度有关

B．康普顿效应说明光子只有动量

C．光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比

D．电子像光一样既具有粒子性也具有波动性

7．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

8．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．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核的复杂结构

9．下列说法正确的是（　　）

A．汤姆孙发现了电子并提出了原子具有核式结构

B．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性

C．氢原子光谱表明氢原子的能量是不连续的

D．处于基态的一个氢原子吸收一个光子跃迁到n=4的激发态后，可能辐射6种频率的光子

10．下列说法正确的是

A．汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，判定其本质是带负电的粒子流，并最终发现了电子

B．爱因斯坦提出了能量量子化的概念

C．不确定关系告诉我们，微观物理学中，粒子的位置和动量测不准

D．康普顿效应说明光具有波动性

11．奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据科学家介绍：两个相互作用的光子同时到达时显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果朝着轻拍校验量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步．我们通过学习也了解了光子的初步知识，下列有关光子的现象以及相关说法正确的是(     )

A．大量光子产生的效果往往显示出粒子性

B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应

C．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3种不同频率的光子

D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变长

12．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

13．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光的运动方向也会发生相应的改变．下图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是（   ）

A．X光散射后与散射前相比，频率将会变小

B．X光散射后与散射前相比，波长将会变短

C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小

D．散射实验为光的波动学说提供了有力证明

14．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

15．19世纪末，科学家们发现了电子，从而认识到，原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的。实验进一步表明原子由电子和原子核组成，下列哪个实验或现象能进一步说明原子核具有复杂结构（       ）

A．康普顿效应 B．光电效应

C．天然放射现象 D．粒子散射实验

二、填空题（共4题）

16．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”）．

17．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（），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）

18．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(      )

19．科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像．已知普朗克常量为h，真空的光速为c.若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量E＝________，该光子与电子碰撞后其波长将________(选填“变大”“不变”或“变小”)．

三、综合题（共4题）

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．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。

22．已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为c。普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的半球体，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。

（1）试比较单位时间打到半球面上的光子数N甲和单位时间打到圆盘上的光子数N乙的大小关系；

（2）由于太阳光的作用，会使半球体或圆盘受到一个向下的压力。为比较太阳光对图甲中半球体的压力和对图乙中圆盘的压力的大小关系，某同学想到了利用微元法的思想来进行计算。他在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1=θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。试在以下两种情况下分别写出太阳光对S1面和对S2面（假设太阳光直接穿过球面照射到S2上）的压力的表达式，并比较大小。

A．所有照射到球面上的太阳光均被吸收；

B．所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律。

23．小玲同学认为，光波和声波都具有波动性，只不过光波的频率高，波长较短、对此，你认同她的观点吗？为什么？

参考答案：

1．B

2．D

3．D

4．A

5．A

6．D

7．C

8．C

9．C

10．A

11．D

12．C

13．A

14．C

15．C

16．     1     变长

17．     BC              

18．正确

19．          变大

20．（1）亮条纹；（2）

21．

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。

22．（1）；

（2）A．在时间内，射到S1面上的光子数为

光子被完全吸收，根据动量定理，光子受到的力为F1，则

得

根据牛顿第三定律，S1面受到的力为

同理，S2面受到的力为

又因为，故            

B．在在时间内，射到S1面上的光子数仍为，所有光子均被反射，设每个光子被反射前、后的动量变化量为，则

方向垂直于S1面，如图所示

根据动量定理，光子受到的作用力F3，则

得

方向垂直于S1面斜向上

根据牛顿第三定律，S1面受到的力垂直于S1面斜向下，其竖直向下的分力为S1面所受到的合力，即

同理，可求出S2面所受到的光子作用力为F4

故得

可见。                 ‍

23．不认同；

光波是电磁波，声波是机械波，本质不同，光波有波粒二象性，声波只能体现波动性，所以不认同她的观点。