高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化精品随堂练习题

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02
思维导图
热辐射
黑体、黑体辐射的实验规律
能量子
能级
量子力学的建立
03
知识梳理
课前研读课本，梳理基础知识：
一、黑体辐射及实验规律
1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射 ，这种辐射与物体的 有关，所以叫热辐射．
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体 的不同而有所不同．
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够 入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．
(2)黑体辐射的实验规律：
①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与 有关，还与材料的 及表面状况有关．
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射强度的极大值向波长较 的方向移动，如图．
二、能量子
1.定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的 ，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
2.能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．
三、能级
1．概念
2．基态
3．激发态
4．能级跃迁
5．量子力学的建立
04
题型精讲
【题型一】物理史实及热辐射问题
【典型例题1】（多选）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究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的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
【典型例题2】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
【对点训练1】下列说法不正确的是( )
A.只有温度高的物体才会有热辐射
B.黑体可以向外界辐射能量
C.黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射
D.普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
【对点训练2】（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
【题型二】能量子计算及能级问题
【典型例题3】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．
【典型例题4】(多选)下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
【对点训练3】（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1.3×10-18JD．光子数约为每秒3.8×1016个
【对点训练4】已知氢原子能级公式为En＝eq \f(E1,n2)，其中n为量子数。氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为( )
A.2 B.3
C.2＋eq \r(2) D.4
【题型三】联系实际问题
【典型例题5】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．10–21JB．10–18JC．10–15JD．10–12J
【典型例题6】（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
【对点训练5】一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个．普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s.R约为( )
A．1×102 m B．3×102 m
C．6×102 m D．9×102 m
【对点训练6】华为手机麒麟9000型芯片是5nm制作工艺，光刻机是芯片制造的核心设备之一。光刻机通过一系列的光源能量，将光束透射过画着线路图的掩模，用透镜将线路图成比例缩小后映射到涂有化学层的硅片上，受到光线照射的部分，可以被冲洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的电路图。芯片的制作过程需要用较大能量光子的光照射，应选用的光源是（ ）
A. 波长长的光源B. 频率大的光源
C. 强度小的光源D. 强度大的光源
0501
强化训练
【基础强化】
1．“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λ的变化情况是( )
A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小
2.(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．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
3.2020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
4.上海光源通过电子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后( )
A．频率减小 B．波长减小
C．动量减小 D．速度减小
5.下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦首先预言了电磁波的存在并实验证实了电磁波的存在
B．均匀变化的电场可以激发磁场，并向外传播形成电磁波
C．在真空中，频率越高的电磁波波长越小，传播速度越大
D．音频电流的频率比较低，不能直接用来发射电磁波
6.（多选）关于对普朗克能量子假说的认识，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ε
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．能量子与电磁波的频率成正比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
【素养提升】
7.(多选)下列叙述正确的是( )
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
8．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.J/sB.mC.J·mD.m/s
9.（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
10．（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
11．（多选）关于原子光谱，下列说法正确的是（）
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含有那些元素
12.（多选）丹麦物理学家玻尔意识到了经典理论在解释原子结构方面的困难。在普朗克关于黑体辐射的量子论和爱因斯坦关于光子的概念的启发下，他在1913年提出了自己的原子结构假说。如图为氢原子的电子轨道示意图，下列说法正确的是（ ）

A．电子离原子核越远，原子的总能量越大，氢原子的总能量是负值
B．电子从能级跃迁到能级，电子的电势能增加，动能减少
C．电子从能级跃迁到能级，电子电势能的减少量大于动能的增加量
D．电子从能级跃迁到能级辐射的光子的能量比电子从能级跃迁到能级吸收的光子的能量大
13.红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少。关于红外线热像仪测体温的原理，下列说法正确的是（ ）
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的体温有关
C．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较短波长的辐射强度大
D．被测者会辐射红外线，所辐射红外线的强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强，且较长波长的辐射强度大
14.某广播电台的发射功率为10kW，其发射出在空气中波长为187.5m的电磁波．
（1）求该电台每秒从天线发射出多少个电磁波能量子；
（2）若该电台向周围空间发射的能量子可视为均匀分布的，求在离天线2.5km处且直径为2m的环状天线每秒最多能接收的能量子个数及接收功率．
【能力培优】
15.太阳光垂直射到地面上，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.
(1)假如认为可见光的波长(λ＝eq \f(c,ν))约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011 m．普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数．
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率．
16．某广播电台的发射功率为25kW，发射的是在空气中波长为187.5m的电磁波，则：（普朗克常量，光速）
（1）该电台每秒从天线发射多少个能量子？
（2）若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的球状天线每秒接收的能量子数以及接收功率。课程标准
物理素养
3.3.6 知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。
物理观念：了解黑体辐射。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。
科学思维：了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学探究：了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。
科学态度与责任：了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。