高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化测试题

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第十三章　5A组·基础达标1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　)A．黑体吸收电磁波，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除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．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D．如果在一个空腔壁上钻一个很小的孔，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】C【解析】能100%地吸收入射到其表面的电磁波，这样的物体称为黑体，所以黑体不一定是黑色的，故A错误；一般物体除去与温度有关外，还和物体的材料及表面状况有关，而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，故B错误，C正确；如果在一个空腔上开一个小孔，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，这个小孔就成了一个绝对的黑体，故D错误．2．普朗克常量是自然界的一个基本常数，它的数值是(　　)A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3 mol·sC．6.626×10－34 J·s D．1.38×10－16 mol·s【答案】C【解析】普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10－34 J·s，在记忆时关键要注意它的单位．3．一束红光从空气射入玻璃，则这束红光的能量子将(　　)A．变小　 B．变大C．不变　 D．不能确定【答案】C【解析】光由空气射入玻璃时，频率不发生变化，由ε＝hν可知，红光的能量子不变，C正确．4．关于对热辐射的认识，下列说法正确的是(　　)A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【答案】B【解析】一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误、B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．5．(2021年义乌名校模拟)近日，由义乌城建携手中国移动建设的浙江省首个5G停车场——江滨绿廊三公园停车场正式投入运营．在过去的10年，义乌市通信行业经历了从2G、3G、4G到5G的飞速发展.5G信号使用的电磁波频率更高，每秒传送的数据量也实现了数量级的增长．与4G信号相比，下列判断正确的是(　　)A．5G信号的光子能量更大B．5G信号的衍射更明显C．5G信号的传播速度更大D．5G信号的波长更长【答案】A【解析】因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据公式ε＝hν可知，5G信号的光子能量比4G光子能量更大，故A正确；发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸与波长差不多，或者小得多；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G信号不容易发生明显衍射，故B错误；任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是相同的，故C错误；因5G使用的电磁波频率更高，根据公式c＝νλ可知，5G信号的波长更短，故D错误．6．一个氢原子从高能级跃迁到低能级，该氢原子(　　)A．吸收光子，能量增加 B．吸收光子，能量减少C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量减少【答案】D【解析】氢原子的能级是分裂的，当氢原子从高能级向低能级跃迁时，会放出光子，能量减少，放出光子的能量等于跃迁前后的能级差，所以看起来氢原子发出的光谱线是分裂的，一条条的，不是连续的．D正确．7．影响黑体辐射强度的因素是(　　)A．只有温度 B．只有波长C．与波长和温度都有关 D．与波长和温度都无关【答案】C【解析】黑体辐射与波长和温度都有关系，故C正确．8．能正确解释黑体辐射实验规律的是(　　)A．能量是连续的经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说【答案】B【解析】根据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在增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确．9．(多选)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，是因为黑体可以有较强的辐射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】CD【解析】任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，A错误；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，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，B错误、C正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只依赖于物体的温度，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，D正确．10．(多选)下列说法正确的是(　　)A．微观粒子的能量变化是跳跃式的B．能量子与电磁波的频率成正比C．红光的能量子比绿光大D．电磁波波长越长，其能量子越大【答案】AB【解析】微观粒子的能量变化是跳跃式的，A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，B正确；红光的频率比绿光小，由ε＝hν可知，红光的能量子比绿光小，C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，D错误．11．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　　)A．4∶5、4∶5 B．5∶4、4∶5C．5∶4、5∶4 D．4∶5、5∶4【答案】D【解析】两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，根据E＝nE0可得光子能量之比为4∶5，再根据E0＝hν＝h，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5∶4.故选D.B组·能力提升12．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37 ℃[绝对温度为(273＋37) K]，它发出的最强的热辐射的波长为λmin.根据热辐射理论， λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin＝2.90×10－3 m·K.则老鼠发出最强的热辐射的波长为(　　)A．7.8×10－5 m　 B．9.4×10－6 mC．1.16×10－4 m　 D．9.7×10－8 m【答案】B【解析】由Tλmin＝2.90×10－3 m·K可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin＝ m＝ m＝9.4×10－6 m，B正确．13．王师傅是炼钢厂的一名老工人，有丰富的经验，他能够通过观察炉内的颜色，比较准确地估计出炉内的温度，被工人戏称为“温度计”．王师傅能够准确判断炉温的科学道理是什么？【答案】见解析【解析】热辐射与物体的温度有关，给铁块加热时，随温度的升高，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至黄白色．因此，炼钢工人估计炉内的温度，是根据辐射的强度与温度的关系来确定的．14．太阳辐射到地球表面的功率约为1 400 W/m2.其中包含了各种波长的红外线、可见光、紫外线等，以可见光部分最强．作为一种简化，我们认为太阳光全部是平均波长600 nm(1 nm＝10－9 m)的黄绿光，每秒至少有5个这样的光子进入人眼才能引起视觉，人眼睛的瞳孔约为10 mm2，则人眼所能看到的最远的恒星(恒星状况与太阳相同)的距离是日地距离的倍数是(已知普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s)(　　)A．9×104  B．9×107 C．9×1010  D．9×1014【答案】B【解析】每秒刚好引起视觉的光子能量为E＝5hν＝5.设此时单位面积射入眼睛的功率为P1，则P1＝＝＝ W/m2＝1.66×10－13 W/m2.设日地距离为r，太阳的辐射总功率为P，则辐射到地球的单位面积的功率为P0＝；设人眼能看到的最远的恒星(总辐射功率也为P)的距离为R，则该恒星辐射到地球的单位面积的功率为P1＝.两式相比可得＝＝≈9×107，故B正确，A、C、D错误．15．某光子的能量为3.7×10－19 J，则它的频率和波长各是多少？【答案】5.58×1014 Hz　538 nm【解析】根据普朗克能量子的理论ε＝hν，可得频率为ν＝＝ Hz＝5.58×1014 Hz，根据c＝λν，可得波长为λ＝＝ m≈5.38×10－7 m＝538 nm.16．氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，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20 mW，则每秒发射多少个光子？【答案】3.14×10－19  J　6.37×1016 个【解析】由c＝λν，知该光子频率为ν＝.ε＝hν＝h＝6.63×10－34× J＝3.14×10－19  J，发光功率P＝，则n＝＝≈6.37×1016 个．17．盾牌座UY是目前发现的体积第二的恒星，它是一颗红超巨星；R136a1则是目前发现的质量最大的恒星，是颗蓝超巨星，如图所示．对于“红巨星”和“蓝巨星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高么？说出你的理由．【答案】见解析【解析】蓝巨星表面的温度比红巨星表面的温度高．根据黑体辐射的现象可知，当温度越高时，其辐射的最强的电磁波的波长越短，蓝光波长比红光波长短，故蓝巨星的表面温度比红巨星的表面温度高．