人教版 (新课标)选修31 能量量子化：物理学的新纪元同步训练题

这是一份人教版 (新课标)选修31 能量量子化：物理学的新纪元同步训练题，共4页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1 能量量子化
一、单项选择题
1．下列叙述不正确的是( C )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．微观粒子的能量是量化的
C．当波长趋于零时，辐射可以无穷大
D．黑体辐射与材料种类和表面状况无关
2．红光和紫光相比( B )
A．红光光子的能量较大，在真空中传播时红光的速度较大
B．红光光子的能量较小，在真空中传播时红光和紫光的速度一样大
C．红光光子的能量较大，在真空中传播时红光的速度较小
D．红光光子的能量较小，在真空中传播时红光的速度较小

解析：此题只需比较红光和紫光的区别就行了，红光与紫光相比，红光波长较长、频率较低、光子能量较低，真空中所有光传播速度是一样的，正确答案为B.
3．近年来，无线光通信技术(不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通信手段)在局域网、移动通信等多方面显示出巨大的应用前景．关于红外线和光通信，以下说法中正确的是( A )
①光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程 ②光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输 ③红外线的频率比可见光的频率高 ④红外光子的能量比可见光子的能量大
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
解析：无线光通信技术是光信号在空气中直接传输各种信息．光纤通信中的光信号是在光纤维中传输．不论哪种方式，传输的都是文字、数据、图象等信息．而红外线的频率由电磁波谱可知比可见光的频率低，由能量子公式ε＝hν可知，红外光子的能量比可见光的光子的能量小．
4．人眼对绿光最为敏感．正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( A )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到的最小功率为
P＝eq \f(n\f(hc,λ),t)＝eq \f(6×\f(6.63×10－34×3×108,530×10－9),1) W＝2.3×10－18 W.
二、双项选择题
5．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图17－1－5所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是( AD )
图17－1－5
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
解析：一般材料的物体辐射能多少取决于物体的温度、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从题图中可看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.
6．对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是( AC )
A．太阳光是由各种单色光组成的复合光
B．组成太阳光的各单色光中，能量最强的光为红光
C．组成太阳光的各单色光中，能量最强的光为紫光
D．组成太阳光的各单色光的能量都相同
解析：由公式ε＝hν可以知道，光的频率越大能量越强．组成太阳光的各单色光中，紫光的频率最大，故其能量最强．
7．关于光的传播，下列说法正确的是( AD )
A．各种色光在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度不同
B．各种色光在真空中频率相同，同一色光在不同介质中频率不同
C．同一色光在不同介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同
D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比在任何介质中的波长长
解析：各种色光在同种介质和真空中频率是不一样的，同种色光在不同介质中频率是一样的，B错；不同色光在同一介质中折射率是不同的，C错．
8．下列说法正确的是( AC )
A．一切物体都在不停地进行热辐射
B．严冬季节里的物体不发生热辐射
C．红光的能量子比绿光小
D．黑体不向外辐射能量
9．下列关于黑体辐射的说法正确的是( CD )
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有减少
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
三、非选择题
10．对应于3.4×10－19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的？
解：根据公式ε＝hν和ν＝eq \f(c,λ)得
ν＝eq \f(ε,h)＝eq \f(3.4×10－19,6.63×10－34) Hz≈5.13×1014Hz
λ＝eq \f(c,ν)＝eq \f(3.0×108,5.13×1014) m≈5.85×10－7m
5．13×1014 Hz属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85×10－7 m.
11．氦氖激光器发射波长为6 328 Å的单色光．试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？
解：一个光子的能量为
ε＝hν＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(6.63×10－34×3.0×108,6 328×10－10) J＝3.14×10－19 J
激光器发光功率为18 mW时，每秒钟发射的光子数为
N＝eq \f(Pt,ε)＝eq \f(18×10－3×1,3.14×10－19)＝5.73×1016.
12．小灯泡的功率P＝1 W，设其发光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m，求在距离d＝1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向上面S＝1 cm2上的光电子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
解：每秒钟内小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J
光子的能量
ε＝hν＝hc/λ＝6.63×10－34×3×108/10－6 J＝1.989×10－19 J
小灯泡每秒钟辐射的光子个数为
n＝E/ε＝eq \f(1,1.989×10－19)≈5×1018
距离小灯泡d的球面面积为
S0＝4πd2＝4π×(1.0×104)2 m2
＝1.256×109 m2＝1.256×1013 cm2
所以射到1 cm2的球面上的光子数为
n′＝n/S0＝5×1018/1.256×1013≈4×105.
13．一束红光从空气射入折射率为1.5的玻璃，则这束红光的能量将( C )
A．增大 B．减小
C．不变 D．无法确定
解析：红光从空气射入玻璃，红光的频率没有发生改变，由公式ε＝hν可以知道，这束红光的能量不会发生改变．
14．(双选)某光源放出波长在500～600 nm之间的各种光子，若已知该光源的发光功率为1 mW，则它每秒钟发射的光子数可能是( BC )
A．2.0×1015 B．3.0×1015
C．2.6×1015 D．1.5×1015
解析：每秒发出的光子数与发光功率和波长之间的关系为n＝eq \f(Pt,\f(hc,λ))，故光子数的范围在2.5×1015～3.0×1015个之间．
15．阅读如下资料并回答问题．
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变，若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0＝σT4，其中常量σ＝5.67×10－8 W/cm2·K4.
在下面的问题中，把研究对象都简单地看做黑体．有关数据及数学公式：太阳半径RS＝696 000 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球表面积S＝4πR2，其中R为球半径．
(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－9～1×10－4 m范围内，求相应的频率范围．
(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．
解：(1)由ν＝c/λ得
ν1＝eq \f(c,λ1)＝eq \f(3.00×108,2×10－9) Hz＝1.5×1017 Hz
ν2＝eq \f(c,λ2)＝eq \f(3.00×108,1×10－4) Hz＝3×1012 Hz
所以辐射的频率范围为3×1012～1.5×1017 Hz
(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为
W＝4πσReq \\al(2,S)T4t
代入数据得W＝4×3.14×5.67×10－8×(6.96×108)2×5 7704×3 600 J＝1.38×1030 J
(3)设火星表面温度为T，太阳到火星距离为d，火星单位时间内吸收来自太阳的辐射能量为
P入＝4πReq \\al(2,S)σT4eq \f(πr2,4πd2)
d＝400RS
所以P入＝πσT4r2/(400)2
火星单位时间内向外辐射电磁波能量为
P出＝4πσr2T′4
火星处在平衡状态P入＝P出
即πσT4r2/(400)2＝4πσr2T′4
由此解得火星平均温度T′＝T/eq \r(800)＝204 K.