第5节-能量量子化(分层作业)(人教版2019必修第三册)(解析版).docx

第5节 能量量子化

一、 热辐射、黑体和黑体辐射
1．下列说法正确的是（　　）
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波
D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
【答案】D
【详解】A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；
BC．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。
故选D。
2．（2022秋·甘肃酒泉·高二期中）（多选）关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　)
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
【答案】BD
【详解】A．黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定黑色的，故A错误。
BC．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故C错误，B正确。
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确。
故选BD。
3．（2022秋·江西抚州·高二江西省临川第二中学阶段练习）（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（　　）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【答案】ACD
【详解】A．由热辐射的定义：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射，可知一切物体都在辐射电磁波，故A正确；
B．黑体辐射的特点是：理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误；
CD．普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故CD正确。
故选ACD。
二、 黑体辐射的实验规律
4．（2022·江苏苏州·江苏省昆山中学模拟预测）下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【详解】AB．两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误；
CD．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误；
故选C。
5．（2022·高二单元测试）关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（　　）

A．T1>T2>T3>T4
B．T1<T2<T3<T4
C．T1=T2=T3=T4
D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度
【答案】A
【详解】ABC．因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，BC错误；
D．测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。
故选A。
6．（多选）关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．黑体能够完全透射照射到它上面的光波
B．随着温度降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随温度升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体的辐射强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
【答案】AD
【详解】A．能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，因此黑体能够完全透射照射到它上面的光波，选项A正确；
B．由图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；
C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；
D．一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，选项D正确。
故选AD。
三、 量子化和能量子
7．（2022春·辽宁锦州·高二渤海大学附属高级中学阶段练习）（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（　　）
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
【答案】AD
【详解】普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。
故选AD。
8．（2022春·河北保定·高二阶段练习）（多选）1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（　　）
A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C．能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量
D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
【答案】ABC
【详解】能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故ABC符合题意，D不符合题意。
故选ABC。
9．（2022春·辽宁本溪·高二校考阶段练习）关于电磁感应现象、电磁波、能量量子化，下列说法正确的是（　　）
A．闭合导线的一部分在磁场中运动时，一定会产生感应电流
B．赫兹首次用实验证实了电磁波的存在，做变速运动的电荷会在空间产生电磁波
C．电磁铁的原理是利用电磁感应现象制成的，麦克风是电流的磁效应
D．爱因斯坦为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
【答案】B
【详解】A．闭合导线的一部分在磁场中做切割磁感线运动时，才会产生感应电流，若沿着磁感线方向运动就不会产生感应电流，A错误；
B．赫兹首次用实验证实了电磁波的存在，做变速运动的电荷会在空间产生电磁波，B正确；
C．电磁铁的原理是利用电流的磁效应制成的，麦克风是电磁感应现象，C错误；
D．能量量子化的理论是由普朗克提出的，D错误。
故选B。
10．（多选）一激光器发光功率为，发出的激光在折射率为的介质中波长为，若在真空中速度为，普朗克常量为，则下列叙述正确的是（　　）
A．该激光在真空中的波长为 B．该波的频率为
C．该激光器在内辐射的能量子数为 D．该激光器在内辐射的能量子数为
【答案】AC
【详解】A．由

知在介质中速度

在真空中波长

故A正确；
B．频率

故B错误；
CD．在内辐射能量

每个能量子能量

故在内辐射的能量子数为

故C正确，D错误。
故选AC。

11．由于内部发生激烈的热核聚变，太阳每时都在向各个方向产生电磁辐射，若忽略大气的影响，在地球上垂直于太阳光的每平方米的截面上，每秒钟接收到的这种电磁辐射的总能量约为1.4×103J。已知：日地间的距离R=1.5×1011m，普朗克常量h=6.6×10﹣34J•s。假如把这种电磁辐射均看成由波长为0.55μm的光子组成的，那么，由此估算太阳每秒钟向外辐射的光子总数的数量级约为（　　）
A．1045 B．1041 C．1035 D．1030
【答案】A
【详解】设地面上lm2的面积上每秒接受的光子数为n，则有
pt=nh
代入数据解得
n=3.87×1021个/m2.
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N=n4πR2=3.87×1021×4×3.14×（1.5×1011）2≈1×1045
故A正确，BCD错误。
12．（2022秋·内蒙古通辽·高二开鲁县第一中学阶段练习）蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为，根据热辐射理论，与辐射源的绝对温度的关系近似为，普朗克常量。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子（又叫作光子）的能量分别是（　　）
A．     B．    
C．    D．   
【答案】B
【详解】由题意

则

根据公式

故选B。

13．（2021·河北·高考真题）普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（　　）
A． B．m C． D．
【答案】B
【详解】根据可得它们的单位为：

故选B。
14．（2021·浙江·高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（　　）

A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位
C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子
【答案】C
【详解】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。
故选C。
15．（2007·江苏·高考真题）（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国物理学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（　　）
A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【答案】ACD
【详解】微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，微波是指波长在到之间的电磁波，故A正确．电磁波的传播不需要介质，故B错误，C正确．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故D正确．
16．（2020·江苏·统考高考真题）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（　　）
A．I增大，增大 B．I增大，减小
C．I减小，增大 D．I减小，减小
【答案】B
【详解】黑体辐射的实验规律如图

特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。
故选B。
17．（2011·江苏·高考真题）下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【详解】黑体辐射的特点是：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
故选A。
18．（2013·上海·高考真题）（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的
A．是紫外线 B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个
【答案】BD
【详解】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线．故A错误，B正确．光子能量．故C错误．每秒钟发出的光子数．故D正确．故选BD．
【点睛】解决本题的关键熟悉电磁波谱中波长的大小关系，以及掌握光子能量与波长的大小关系．
19．（2017·北京·高考真题）2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s）（  ）
A．10–21J B．10–18J C．10–15J D．10–12J
【答案】B
【详解】一个处于极紫外波段的光子的能量约为

由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同。
故选B。
【点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子，因此该光子的能量应比该分子的电离能大，同时又不能把分子打碎，因此两者能量具有相同的数量级，不能大太多。