2023版新教材高中物理第四章原子结构和波粒二象性微点5康普顿效应和光子的动量光的波粒二象性课时作业新人教版选择性必修第三册

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微点5　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 1．下列关于光的本性的说法中正确的是(　　) A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子 C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著 2．在下列各组现象中，都表现出光具有粒子性的是(　　) A．光的折射现象、衍射现象 B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、光电效应现象 D．光电效应现象、康普顿效应现象 3．关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是(　　) A．光子说的确立完全否定了波动说 B．光的波粒二象性是指光既与宏观概念中的波相同又与微观概念中的粒子相同 C．光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象 D．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性 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．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波动性 6．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了原来的运动方向，但频率保持不变 7．(多选)对光的认识，下列说法正确的是(　　) A．少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D．光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显 8．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 9．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 10. (多选) “COVID－19”引起的肺炎病人在进行CT诊断时，肺部影像呈白色(“白肺”)，其物理原理是利用X射线穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图像．X射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的密度等因素有关．密度越小，吸收X射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气等．密度越大，吸收X射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等．X射线被物质吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应．依据以上信息，下列说法正确的是(　　) A．光电效应现象是爱因斯坦最先发现的 B．X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明X射线具有粒子性 C．光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大 D．X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性 11．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λ＜λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′ 12．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则(　　) A．E＝eq \f(hλ,c)，p＝0B．E＝eq \f(hλ,c)，p＝eq \f(hλ,c2) C．E＝eq \f(hc,λ)，p＝0D．E＝eq \f(hc,λ)，p＝eq \f(h,λ) 13．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eq \f(hν,c) 微点5　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 1．答案：C 解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的；惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，说明光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性，故A错误．光具有波粒二象性，不能把光看成宏观概念上的波，故B错误．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故C正确．频率低、波长长的光，波动性特征显著，频率高、波长短的光，粒子性特征显著，故D错误． 2．答案：D 解析：光的折射现象不能说明光的粒子性，衍射现象说明光的波动性，A错误；光的反射现象不能说明光的粒子性，干涉现象说明光的波动性，B错误；光的衍射现象说明光的波动性，光电效应现象说明光的粒子性，C错误；光电效应现象、康普顿效应均表现出光有粒子性，D正确． 3．答案：C 解析：光子说的确立，没有完全否定波动说，使人们对光的本质认识更完善，光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故A错误；光的波粒二象性，与宏观概念中的波相同，与微观概念中的粒子不相同，故B错误；波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象，故C正确；光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故D错误． 4．答案：C 解析：康普顿效应揭示了光具有粒子性，故A错误；光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，B错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ＝eq \f(h,p)，知波长变长，故C正确，D错误． 5．答案：C 解析：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，A错误；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，B错误；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，C正确；康普顿效应表明光具有粒子性，D错误． 6．答案：B 解析：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p＝eq \f(hν,c)，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，揭示了光的粒子性，故A、C、D错误，B正确． 7．答案：ABD 解析：少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光传播时表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，故正确选项有A、B、D. 8．答案：D 解析：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，选项D正确． 9．答案：D 解析：光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由E＝hν可知光子频率变小，故A错误；碰撞前后光子的速度是不变的，故B错误；碰撞后光子的动量和能量都减小，故C错误；由于光子的动量减小，由λ＝eq \f(h,p)可知光子的波长变长，故D正确． 10．答案：BCD 解析：光电效应现象是赫兹最先发现的，故A错误；根据光电效应现象及产生原因知B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大，故C正确；根据康普顿效应现象及产生原因知D正确． 11．答案：C 解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒规律．光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq \f(c,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝heq \f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，C正确． 12．答案：D 解析：根据E＝hν，且λ＝eq \f(h,p)，c＝λν，可得X射线每个光子的能量为E＝eq \f(hc,λ)，每个光子的动量为p＝eq \f(h,λ)，选项D正确． 13．答案：C 解析：光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由λ＝eq \f(h,p)可知，光子的波长变长，故C正确，A错误；由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于eq \f(hν,c)，故D错误．故选C.