高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性1 普朗克黑体辐射理论课后复习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性1 普朗克黑体辐射理论课后复习题，共16页。试卷主要包含了黑体，黑体辐射，能量的量子化，下列说法正确的是等内容，欢迎下载使用。


知识精讲
知识点01 黑体与黑体辐射
（一）黑体与黑体辐射
1．黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
2．黑体辐射
(1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射．
(2)黑体辐射特点：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．
（二）黑体辐射的实验规律
1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加．
2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．
【知识拓展】
1．对黑体的理解
(1)黑体是一个理想化的物理模型．
(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．
2．一般物体与黑体的比较
3.黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．
(2)随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有增加；
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。
【即学即练1】下列说法正确的是（ ）
A．只有高温物体才能产生热辐射，黑体一定是黑色的
B．穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零
C．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
D．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
【即学即练2】下列说法正确的是（ ）
A．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，与材料的种类及表面状况无关
B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物
知识点02 能量子
1．定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
2．表达式：ε＝hν.其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．h称为普朗克常量．h＝6.626 070 15×10－34 J·s.
3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．
【知识拓展】
1．普朗克的量子化假设
(1)能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，例如可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子表达式：ε＝hν
ν是带电微粒的振动频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.626 070 15×10－34 J·s。
(3)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。
2．对能量量子化的理解
(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
【即学即练3】下列说法中正确的是（ ）
A．伽利略预言了电磁波的存在
B．变化的磁场能产生电场，变化的电场不能产生磁场
C．焦耳最早提出能量量子化假说
D．黑体是一种理想模型，其辐射强度只与温度有关
【即学即练4】关于电磁学的发展历程，下列说法错误的是（ ）
A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论
B．奥斯特发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入
C．法拉第发明了世界上第一台发电机——圆盘发电机
D．普朗克通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念
能力拓展
考法01 黑体辐射的实验规律
【典例1】如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（ ）
A．T1>T2
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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律
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，这个小孔就成了一个黑体
考法02 根据公式计算能量子ε的值
【典例2】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大。相比与4G信号，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
分层提分
题组A 基础过关练
1．能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（ ）
A．库仑B．普朗克
C．密立根D．爱因斯坦
2．关于电磁波和能量量子化，下列说法正确的是（ ）
A．法拉第最先预言电磁波的存在
B．电磁波的频率越高，能量子的能量越大
C．红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的波长依次变长
D．从距离地面340km的天宫一号空间站发送信号到地面接收站，至少需要10-3s
3．为了解释黑体辐射的实验规律，提出了能量子假设的科学家是（ ）
A．安培B．普朗克C．奥斯特D．爱因斯坦
4．在物理学发展的过程中，许多科学家作出了突出贡献，下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦提出了能量子假说B．赫兹最早用实验证实了电磁波的存在
C．麦克斯韦最早提出用电场线描述电场D．法拉第发现了电流的磁效应
5．下列说法正确的是（ ）
A．微观粒子的能量变化是连续的
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
6．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有（ ）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
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．黑体辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何实验规律
7．物理学的发展离不开物理学家的科学研究，以下符合史实的是（ ）
A．法拉第用电场线来形象描述电场，它是真实存在的
B．普朗克提出了能量量子假设，基于此他又提出了光子说
C．奥斯特发现了电流的磁效应，使人们突破了对电与磁认识的局限性
D．楞次发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加完善
8．下列关于能量、能量量子化及电磁波的说法正确的是（ ）
A．能量的耗散现象是与能量守恒定律相违背的一个特例
B．黑体虽然不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波
C．微波炉使用红外线加热食物
D．普朗克提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的
9．科学突破奖被誉为“科学界的奥斯卡”，旨在表彰全球顶尖物理、数学和生命科学家的研究成果，王贻芳是我国首位获得“基础物理学突破奖”的科学家。在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了贡献。关于科学贡献和物理研究方法，下列说法正确的是（ ）
A．安培提出了“分子电流假说”，成功地解释了磁铁受到高温时会失去磁性
B．“点电荷”、“元电流”、“电场强度”概念的提出应用了等效替代的方法
C．法拉第系统地总结了电磁规律的研究成果，建立经典电磁场理论
D．爱因斯坦为了对黑体辐射进行理论解释，首先提出了量子观点
10．由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度，则该激光中每个光子的能量为（ ）
A．B．C．D．
题组B 能力提升练
1．下列说法正确的是（ ）
A．变化的电场产生变化的磁场
B．红外线能使荧光物质发光
C．红光的能量子比绿光的能量子大
D．黑体不反射电磁波，但可以辐射电磁波
2．下列说法正确的是（ ）
A．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物
B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
3．关于黑体辐射的实验规律不正确的有
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．能正确解释黑体辐射实验规律的是普朗克提出的能量量子化理论
D．对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是温度、材料、表面状况
4．关于电磁振荡与电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．雷达的最大侦察距离等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播的距离
B．黑体可以吸收一切光，普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，黑体的热辐射实质上是电磁辐射
C．红外线有很强的穿透本领，医学上常用于透视人体，过强的紫外线照射有利于人体的皮肤健康
D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场一定能产生磁场，变化的磁场也一定能产生变化的电场
5．下列叙述正确的是（ ）
A．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
B．不同电磁波具有不同的波长，红外线的波长大于可见光的波长
C．爱因斯坦首次提出能量子假说，成功解释了黑体辐射规律
D．奥斯特发现了电流的磁效应，赫兹预言了电磁波的存在
6．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （ ）
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
7．一些重大物理现象和物理理论的发现常常同基本物理常量的发现和准确测定密切相关，在国际单位制中，下列物理常量的单位正确的是（ ）
A．普朗克常量h J·s
B．万有引力常量G N·m/kg2
C．劲度系数k kg·m2/s2
D．动摩擦因数μ N/kg
8．以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（ ）
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光波长最长
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
9．下列关于热辐射和黑体辐射说法不正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．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
C．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
D．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
10．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，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；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中T1>T2
B．图乙中T1C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
题组C 培优拔尖练
1．2021年7月4日，我们在电视中看到航天员汤洪波走出离地面高约为400km的中国空间站，标志着我国空间站航天员首次出舱活动取得圆满成功。航天员出舱的画面是通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．电磁波波长越长，其能量子的能量越小
B．只要空间某处的电场或磁场发生变化，就会在其周围产生电磁波
C．汤洪波出舱活动的画面从空间站传到地面接收站最少需要约0.014s
D．赫兹通过实验捕捉到电磁波，并证实了麦克斯韦的电磁场理论
2．下列说法正确的是（ ）
A．微观粒子的能量是不连续的，只能取一些特定的值
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并捕捉到了电磁波，证实了自己的预言
C．当急救车从我们身边疾驰而过，我们听到的急救车鸣笛的音调会先高变低
D．带电粒子经过回旋加速器加速后最终获得的能量随着加速电压的升高而增大
3．许多物理学家的科学研究推动了物理学的进步，对以下几位物理学家所作科学贡献的表述中，与事实相符的是（ ）
A．伽利略根据理想斜面实验，得出自由落体运动是匀变速直线运动
B．法拉第不仅提出场的概念，而且发明了人类历史上第一台发电机
C．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假设
D．胡克等人提出如果行星的轨道是圆形，太阳与行星间的引力与距离的平方成反比
4．关于能量子与黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值，能量子与电磁波的波长成正比
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．黑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
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
5．下列说法正确的是（ ）
A．安培提出了分子电流，成功解释了磁化现象
B．在电磁波谱中，紫外线的频率比射线的频率高
C．普朗克为解释黑体辐射实验规律提出了能量子的假设
D．只要穿过闭合导体回路的磁场发生变化，闭合回路中就一定会产生感应电流
6．自2020年1月以来，“新冠肺炎”席卷全国。“新冠肺炎”的典型症状就是持续发烧，因此测温是“新冠肺炎”防控的重要环节。为方便测温人们习惯采用如图所示的额温枪。额温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将额温枪放于距两眼中间部位5-6cm处，修正额头与实际体温的温差便能显示准确的体温。则以下说法正确的是（ ）
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异
B．额温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是横波
D．爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，并成功解释了光电效应现象
7．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s)
8．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%．
（1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？
（2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率．
9．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=T 4，其中常量=5.67 10-8W/（m2·K4）。在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。有关数据及数学公式：太阳半径Rs=696000km，太阳表面温度T=5770K，地球半径r=6371km．球面积=4R2，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10-7m~110-5m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）已知太阳到地球的距离约1.49108km，忽略太阳辐射能量在传播过程中的损失。地球表面受到来自太阳的辐射能量的总功率约为多少?
10．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：
（1）每次“点焊”视网膜的时间．
（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．
课程标准
课标解读
通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。
1.了解黑体和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律。
2.了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
热辐射特点
吸收、反射特点
一般
物体
辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关
既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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
完全吸收各种入射电磁波，不反射