4.2 光电效应（第2课时 康普顿效应　光的波粒二象性）（习题）（含解析）人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

第四章 原子结构与波粒二象性
2　光电效应
第2课时　康普顿效应　光的波粒二象性
同步练习
一、单选题
1．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′
2．光电效应现象表明光（　　）
A．是一种电磁波 B．具有波动性
C．具有粒子性 D．具有波粒二象性
3．“赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞”是毛主席名句，按照赤橙黄绿青蓝紫的顺序（ ）
A．光的波长在减小 B．光的频率在减小
C．光子的能量在减小 D．光更容易被散射
4．甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是（　　）
A．图线a与b不一定平行
B．图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系
C．乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率
D．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大
5．在下列各组所说的现象中，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
6．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
7．下列说法中正确的是（　　）
A．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
B．康普顿效应说明光子既有能量又有动量
C．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性
D．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动
8．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射强度与波长有关，温度升高，各种波长的辐射都有增加，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性
C．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
D．光波是一种概率波。光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的，这是光子自身的固有性质
9．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是(　　)
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性
B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从和的关系
C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显
D．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，则它们的动能也相等
二、多选题
10．下列四幅图涉及光的粒子性和波动性，其中说法正确的是（ ）
A．甲图的光电效应实验说明光具有波粒二象性
B．乙图说明，在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和电流越大
C．丙图的“泊松亮斑”说明光具有波动性，是光通过小圆孔时发生衍射形成的
D．丁图的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的粒子性的一面
11．普朗克说过：“科学的历史不仅是一连串事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史”．下列表述中正确的是（　　）
A．黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的
B．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增加
C．光电效应表明了光具有粒子性，而康普顿效应则表明了光具有波动性
D．光具有波粒二象性，但当光表现出波动性时，就不具有粒子性；当光表现出粒子性时，就不具有波动性
12．下列有关光的说法中正确的是(　　)
A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性
C．光有时是波，有时是粒子
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
三、实验题
13．如图甲，让一束红色的激光通过双缝，在光屏上观察到的图案应该是图____．该实验说明了光具有______（波粒二象性、波动性、粒子性）．
四、解答题
14．光具有波粒二象性，光子的能量ε=hν，其中频率ν表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系p=。若某激光管以P=60 W的功率发射波长λ=663 nm的光束，试根据上述理论计算:
(1)该管在1 s内发射出多少个光子
(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大
15．某电视显像管中电子的运动速度是；质量为的一颗子弹的运动速度是。
（1）分别计算电子和子弹的德布罗意波长。
（2）试根据计算结果分析它们表现的波粒二象性。（电子的质量为，普朗克常量为）
试卷第1页，总3页
参考答案
1．D
【详解】
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，则有ν＞ν′，故选D。
2．C
【详解】
光电效应现象是指，当有光照射到金属表面时，有光电子逸出，如果与外电路形成回路，就会形成光电流，所以光电效应现象表明光具有粒子性，所以C正确，ABD错误。
故选C。
3．A
【详解】
按照赤橙黄绿青蓝紫的顺序，光的频率在增大，由
可知光子的波长在减小，能量在增大。波长越长越容易被散射，所以按照赤橙黄绿青蓝紫的顺序，光更不容易被散射。故A正确，BCD错误。
故选A。
4．B
【分析】
考查光电效应有关知识。
【详解】
A．根据光电效应方程
图线的斜率代表普康克常量，两直线一定平行，A错误；
B．普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；
C．横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；
D．由A项可知，甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误。
故选B。
5．D
【详解】
A. 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，故A错误；
B. 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，故Ｂ错误；
C. 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，故C错误；
D. 光电效应现象说明光的粒子性，故D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以叫光子，选项A错误；
B．在光电效应实验中，光电流的大小与光照时间无关，选项B错误；
C．根据
则对于同种金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，选项C错误；
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，频率变小，这个现象称为康普顿效应，选项D正确。
故选D。
7．B
【详解】
A．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，选项A错误；
B．康普顿效应说明光子既有能量又有动量，选项B正确；
C．光是高速运动的微观粒子，单个光子体现粒子性，大量光子体现波动性，选项C错误；
D．宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，选项D错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．根据黑体辐射的规律可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会増加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；
C．任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故C正确；
D．波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误；
故选C。
9．D
【详解】
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，选项A正确，不符合题意；
B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从和的关系，选项B正确，不符合题意；
C．根据E=hγ可知，光的波长越短，频率越大，光子的能量越大，光的粒子性越明显，选项C正确，不符合题意；
D．根据可知，如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，因电子的质量和中子的质量不相等，则它们的动能也不相等，选项D错误，符合题意。
故选D。
10．BD
【详解】
A．甲图的光电效应实验说明光具有微粒性，选项A错误；
B．乙图中，黄光的强度越大，饱和光电流越大，即说明在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和电流越大，选项B正确；
C．丙图的“泊松亮斑”说明光具有波动性，是光通过小圆板时发生衍射形成的，选项C错误；
D．丁图的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的粒子性的一面，选项D正确。
故选BD。
11．AB
【解析】
A、黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的，故A正确．B、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，即光子个数增多，所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多，故B正确．C、康普顿效应和光电效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面，故C错误．D、光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，光表现出波动性时，同时具有粒子性，光表现出粒子性时，同时具有波动性，故D错误．故选AB．
【点睛】光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量．个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著．
12．BD
【解析】
A、光电效应现象中能产生光电子，但不是光子转化为电子，故A错误；
B、光的波动性是大量光子表现出来的现象，粒子性是少数粒子具有的性质，故B正确；
C、光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性，故C错误；
D、康普顿效应表明光子也具有能量和动量，和电子、质子等实物粒子一样，说明了光子具有粒子性，故D正确．
点睛：本题考查光子的波粒二象性，要注意多读教材，加强基础知识积累就能顺利解决此类题目，注意光子不是实物粒子．
13．乙 波动性
【解析】
【详解】
如图甲，让一束红色的激光通过双缝，在光屏上观察到的图案应该是平行等距的干涉条纹，即图乙；干涉是波特有的性质，则该实验说明了光具有波动性．
14．(1) （2）
【解析】
【分析】
（1）根据E=求出每个光子的能量，从而根据Pt=nE该管在1s内发射的光子数．
（2）根据动量定理求出黑体表面所受到光束对它的作用力．
【详解】
（1）激光管在1s内发射光子的个数为．
（2）在时间△t=1s内黑体获得总冲量为F △t，由动量定理得：F △t=np
即：
【点睛】
本题考查了的光子能量和动量定理的基本运用，难度不大，其中该题使用动量定理的另一个目的是强化对光子有动量的理解．需加强训练．
15．（1）
（2）电子的德布罗意波的波长比可见光短得多，故波动性不太明显，子弹的德布罗意波的波长更短，故子弹的波动性非常小，所以它们的波动性不明显，主要表现为粒子性。
【解析】
【详解】
（1）根据德布罗意波的波长的公式
则电子的德布罗意波的波长为
子弹的德布罗意波的波长为
（2）电子的德布罗意波的波长比可见光短得多，故波动性不太明显，子弹的德布罗意波的波长更短，故子弹的波动性非常小，所以它们的波动性不明显，主要表现为粒子性。