全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(粵教版) 課后提升訓練 試題及答案 第4章　第3、4、5節(jié)

第四章第三、四、五節(jié)基礎(chǔ)對點練考點1康普頓效應(yīng)1．(2024年新鄉(xiāng)期末)物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，部分波長發(fā)生改變，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，我國物理學家吳有訓進一步證實了該效應(yīng)的普遍性．如圖所示，一個光子和一個靜止的電子相互碰撞后，電子向某一個方向運動，光子沿另一個方向散射出去，下列說法正確的是()A．散射光子的速度變小 B．散射光子的速度可能變大C．散射光子的頻率變小 D．散射光子的波長變短【答案】C【解析】散射后的光子速度不變，但能量減小，根據(jù)ε＝hν可知光子的頻率變小，根據(jù)c＝λν可知光子的波長變長，故選C．2．(2024年宿遷期末)“拉曼散射”是光通過介質(zhì)時，入射光與分子相互作用而引起頻率變化的散射．若入射光經(jīng)過某介質(zhì)發(fā)生散射后，光子頻率減小，則()A．光子的動量變小 B．光子的能量變大C．光傳播速度變大 D．光子的波長變短【答案】A【解析】根據(jù)p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)可知光子的動量變小，波長變大，A正確，D錯誤；根據(jù)ε＝hν可知光子的能量變小，B錯誤；光的傳播速度不變，C錯誤．3．經(jīng)研究證明，光子和電子相互作用發(fā)生光電效應(yīng)還是康普頓效應(yīng)，取決于電子的“自由”度．當光子能量和逸出功在同一數(shù)量級時，電子吸收光子，發(fā)生光電效應(yīng)；當光子能量較大時，電子的逸出功幾乎可以忽略，可看做是“自由”的，則發(fā)生康普頓效應(yīng)，下列說法正確的是()A．光電效應(yīng)方程是從能量守恒的角度解釋了光的粒子性B．康普頓效應(yīng)說明光具有波動性C．光電效應(yīng)說明了能量守恒，康普頓效應(yīng)則解釋了動量守恒，二者是矛盾的D．金屬只要被光照射的時間足夠長，一定會發(fā)生光電效應(yīng)【答案】A【解析】光電效應(yīng)方程是愛因斯坦根據(jù)光量子假說和能量守恒定律得到的，A正確；康普頓效應(yīng)是光子與電子的碰撞，體現(xiàn)了光的粒子性，但并未說明電子的波動性，B錯誤；根據(jù)題中說法，光電效應(yīng)是在電子自由度較小的情況下，表現(xiàn)出的吸收特性，動量并不是不守恒，而是表現(xiàn)不出來，而康普頓效應(yīng)是基于能量較大的光子與電子的碰撞，既體現(xiàn)動量守恒又體現(xiàn)能量守恒，二者并不矛盾，故C錯誤；電子對光子的吸收并不能累積，一次只能吸收一個光子，若吸收的光子能量小于金屬逸出功，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤．4．實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，以至于在散射過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該散射被稱為逆康普頓散射，下列說法中正確的是()A．該過程不遵循能量守恒定律 B．該過程不遵循動量守恒定律C．散射光中存在波長變長的成分 D．散射光中存在頻率變大的成分【答案】D【解析】康普頓認為X射線的光子與的電子碰撞時要遵守能量守恒定律和動量守恒定律，可以推知，在逆康普頓效應(yīng)中，同樣遵循能量守恒與動量守恒，A、B錯誤；由題可知，在逆康普頓散射的過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則光子的能量增大，根據(jù)公式E＝hγ＝eq\f(hc,λ)可知，散射光中存在頻率變大的成分，或者說散射光中存在波長變短的成分，C錯誤，D正確．考點2光的波粒二象性5．關(guān)于光的本質(zhì)下列說法正確的是()A．康普頓效應(yīng)說明光具有波動性B．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性C．在任何情況下，光都既具有波動性、同時又具有粒子性D．光的波動性和粒子性是相互矛盾的【答案】C【解析】康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，而且光子不但具有能量，還有動量，A錯誤；在光的干涉、衍射現(xiàn)象中，光體現(xiàn)波動性，同時也具有粒子性，B錯誤；由于光具有波粒二象性，則在任何情況下，光都既具有波動性、同時又具有粒子性，C正確；光的波粒二象性是指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性，二者是統(tǒng)一的，D錯誤．6．用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實驗表明()A．光的本質(zhì)是波 B．光的本質(zhì)是粒子C．少量光子的運動顯示波動性 D．大量光子的運動顯示波動性【答案】D【解析】由圖可知，曝光時間較短時，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點，說明了少量光子表現(xiàn)為粒子性，曝光時間較長時，光子達到的多的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋，而光子達到少的區(qū)域變現(xiàn)為暗條紋，光達到膠片不同位置的概率不相同，說明大量的光子表現(xiàn)為波動性，光具有波粒二象性，A、B、C錯誤，D正確．7．(2024年石嘴山檢測)關(guān)于波粒二象性，下列說法正確的是()A．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象和微觀高速運動的現(xiàn)象中都是矛盾的、對立的B．實物的運動都有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性C．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的波動性D．康普頓效應(yīng)表明光子有動量，揭示了光的粒子性的一面【答案】D【解析】波動性和粒子性是物質(zhì)具有的特殊規(guī)律，在宏觀現(xiàn)象和微觀高速運動的現(xiàn)象中不矛盾、不對立的，如光子在少量時表現(xiàn)為粒子性，大量的時候表現(xiàn)為波動性，A錯誤；實物的德布羅意波的波長太小，實際很難觀察到波動性，有特定的軌道，但不是不具有波粒二象性，B錯誤；光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性，C錯誤；康普頓效應(yīng)表明光子有動量，揭示了光的粒子性的一面，D正確．考點3不確定性關(guān)系8．(多選)根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)，以下正確的是()A．采取辦法提高測量Δx精度時，Δp的精度下降B．采取辦法提高測量Δx精度時，Δp的精度上升C．Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)D．Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)【答案】AD【解析】不確定性關(guān)系表明無論采用什么方法試圖確定坐標和相應(yīng)動量中的一個，必然會引起另一個較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測量精度及測量儀器是否完備無關(guān)，無論怎樣改善測量精度和測量儀器，都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的不確定限度，故A、D正確．9．(多選)(2023年海南卷)已知一個激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則()A．光的頻率為eq\f(c,λ) B．光子的能量為eq\f(h,λ)C．光子的動量為eq\f(h,λ) D．在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為eq\f(Ptc,hλ)【答案】AC【解析】光的頻率ν＝eq\f(c,λ)，A正確；光子的能量E＝hν＝eq\f(hc,λ)，B錯誤；光子的動量p＝eq\f(h,λ)，C正確；在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)n＝eq\f(Pt,E)＝eq\f(Ptλ,hc)，D錯誤．10．(多選)下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波波長和頻率為1MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知()物體質(zhì)量/kg速度/(m·s－1)波長/m彈子球2.0×10－21.0×10－23.3×10－30電子(100eV)9.0×10－315.0×1061.2×10－10無線電波(1MHz)－3.0×1083.3×102A．要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B．無線電波只能表現(xiàn)出波動性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到波動性D．只有可見光才有波動性【答案】AC【解析】彈子球的波長很小，所以要檢測彈子球的波動性幾乎不可能，A正確．無線電波的波長很長，波動性明顯，也具有粒子性，B錯誤．電子的波長與金屬晶體的尺寸相差不大，能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，C正確．一切運動的物體都具有波動性，D錯誤．綜合提升練11．利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣．已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是()A．該實驗說明了電子具有粒子性B．實驗中電子束的德布羅意波的波長為λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯【答案】B【解析】得到電子的衍射圖樣，說明電子具有波動性，A錯誤；由德布羅意波波長公式λ＝eq\f(h,p)，而動量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正確；從公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，C錯誤；用相同動能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長變小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，D錯誤．12．關(guān)于下列四幅圖，說法正確的是()A．圖甲中肥皂膜上的條紋是衍射現(xiàn)象，說明了光的波動性B．圖乙是光經(jīng)過大頭針尖時的照片，說明了光的粒子性C．圖丙是富蘭克林使用X射線拍攝的DNA晶體，是利用X射線具有波動性D．圖丁是觀眾戴著眼鏡觀看3D電影，是利用光的粒子性【答案】C【解析】圖甲中肥皂膜上的條紋是光的干涉現(xiàn)象造成的，A錯誤；圖乙是光經(jīng)過大頭針尖時的照片，這是光的衍射說明了光的波動性，B錯誤；圖丙是富蘭克林使用X射線拍攝的DNA晶體，是利用X射線具有波動性的性質(zhì)，C正確；圖丁是觀眾戴著眼鏡觀看3D電影，光的偏振現(xiàn)象利用光的波動性，D錯誤．13．電子和光一樣具有波動性和粒子性，它表現(xiàn)出波動的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時會產(chǎn)生衍射一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動叫物質(zhì)波．質(zhì)量為m的電子以速度v運動時，這種物質(zhì)波的波長可表示為λ＝eq\f(h,mv)，電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s．(1)計算具有100eV動能的電子的動量p和波長λ．(2)若一個靜止的電子經(jīng)2500V電壓加速，求能量和這個電子動能相同的光子的波長，并求該光子的波長和這個電子的波長之比．解：(1)p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2×9.1×10－31×100×1.6×10－19)kg·m/s≈5.4×10－24kg·m/s，λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(6.63×10－34,5.4×10－24)m≈1.2×10－10m．(2)由eq\f(hc,λ)＝2500eV＝4.0×10－16J得光子波長λ＝eq\f(6.63×10－34×3×108,4.0×10－16)m≈5.01×10－10m，電子的動量p′＝mv′＝eq\r(2mEk′)＝eq\r(2×9.1×10－31×2500×1.6×10－19)kg·m/s≈2.7×10－23kg·m/s，電子波長λ′＝eq\f(h,mv′)≈2.5×10－11m，則λ∶λ′＝1∶20．14．金屬晶體中晶格大小的數(shù)量級是10－10m．電子經(jīng)電場加速，形成一電子束，電子束照射該金屬晶體時，獲得明顯的衍射圖樣．問這個加速電場的電壓約為多少？(已知電子的電荷量e＝1.6×10－19C，質(zhì)量m＝0.90×10－30kg)解：據(jù)波長發(fā)生明顯衍射的條件可知，當運動電子的德布羅意波波長與晶格大小差不多時，可以得到明顯的衍射現(xiàn)象．設(shè)加速電場的電壓為U，電子經(jīng)電場加速后獲得的速度為v，對加速過程由動能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2， ①據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，電子的德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)， ②其中p＝mv， ③聯(lián)立①②③式可得U＝eq\f(h2,2emλ2)＝153V．15．科學家設(shè)想未來的航天事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為λ，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m．(1)求飛船加速度的表達式eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(光子動量p＝\f(h,λ)))；(2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？解：(1)光子垂直射到太陽帆上再反射，動