高中人教版 (2019)1 普朗克黑体辐射理论精品巩固练习

这是一份高中人教版 (2019)1 普朗克黑体辐射理论精品巩固练习，共9页。试卷主要包含了黑体与黑体辐射等内容，欢迎下载使用。

知识点一、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．

(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．
知识点二：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．
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＝6.62607015×10－34 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．
（2022秋•红旗区校级期末）下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A．只有一部分物体辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
C．黑体不可以向外辐射电磁波
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
【解答】解：
A.一切物体都在辐射电磁波，故A错误；
B.实际物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关，黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是理想化模型，故B错误；
C.黑体可以向外辐射电磁波，故C错误；
D.能100%吸收入射到其表面的各种波长的电磁波，这样的物体称为黑体，故D正确。
故选：D。
能正确解释黑体辐射实验规律的是（ ）
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．牛顿提出的微粒说
D．惠更斯提出的波动说
【解答】解：黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释；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，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，故B正确，ACD错误；
故选：B。
已知某单色光的波长为λ，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为（ ）
A．hcλB．C．D．
【解答】解：根据E＝hν，又，所以E．故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
（2013•闸北区二模）“约索夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU．已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为（ ）
A．2e/hB．h/2eC．2heD．1/2he
【解答】解：物理公式两边的单位是相同的，根据公式v＝kU，k，故其单位为s﹣1•V﹣1；
普朗克常量h的单位是J•s，e的单位是C；根据公式W＝qU，1J＝1V•C，故1Js＝1VCs，故1s﹣1•V﹣1＝1，故 的单位是s﹣1•V﹣1；
故选：A。
（2023•天宁区校级学业考试）某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光子数为（ ）
A．B．C．D．λPhc
【解答】解：每个光子的能量为：，
设每秒钟激光器发出的光子数是n，
则：Pt＝nE，t＝1s，即：P，得：n；故A正确，BCD错误；
故选：A。
（多选）以下关于辐射强度与波长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强度最强
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
E．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
【解答】解：A、物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波。故A错误；
B、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大；当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高。故B正确；
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强度最强，故C正确。
D、太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气的吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高。故D错误；
E、由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，各种波长的波的辐射强度都增加，故E正确。
故选：BCE。
（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（ ）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
【解答】解：A、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大。故A正确，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。故C正确，D错误。
故选：AC。
（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．黑体的热辐射辐射的是电磁波
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【解答】解：A、波长从1mm到10m的电磁波称微波，故A正确。
B、微波是电磁波，电磁波既能在介质中传播也能在真空中传播，而声波是机械波，只能在介质中传播。故B错误。
C、黑体向外辐射的是热量，是以光子的形式辐射的，而光是电磁波，故C正确。
D、普朗克在研究黑体辐射的过程中提出了黑体辐射的能量是一份一份的，从而提出了能量子的假说，故D正确。
故选：ACD。
（2022•江苏学业考试）能正确解释黑体辐射实验规律的是（ ）
A．能量的连续经典理论
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
【解答】解：黑体辐射实验规律：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，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。故B正确，ACD错误；
故选：B。
（2023秋•宜昌月考）下列关于能量量子化说法正确的是（ ）
A．玻尔最早提出了能量量子化假说
B．电磁波波长越长，其能量子越大
C．爱因斯坦认为微观粒子能量是连续的
D．频率为ν的光的能量子为hν
【解答】解：A、普朗克提出了能量量子化假说，故A错误；
B、由c＝λf知，电磁波波长越长，其频率越小，根据ε＝hν可知其能量子越小，故B错误；
C、普朗克提出了微观粒子的能量是量子化的观点，认为微观粒子的能量是不连续的，爱因斯坦根据普朗克的能量子假说提出的光子说，故C错误；
D、频率为ν的光的能量子为hν，故D正确。
故选：D。
（多选）（2022春•临川区校级月考）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
【解答】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，这种电磁波强度的分布情况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。
（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（ ）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
【解答】解：由图可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A、C、D正确，B错误。
故选：ACD。
小灯泡的功率P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10﹣6m，求在距离d＝1.0×104m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1cm2的球面上的光子数是多少？（h＝6.63×10﹣34J•s）
【解答】解：设离灯104m远处每平方厘米面积上灯照射的能量为E0，则有：①
设穿过的光子数为n，则有：②
代入数据解得：n＝4×105个
答：每秒钟穿过垂直于光的传播方向上每平方厘米面积上的光子数是4×105个。
若一功率为60W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，真空中的光速c＝3.0×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s．假定所发出的可见光的波长都是600nm，认为空气中的光速等于真空中的光速，计算灯泡每秒内发出的光子数．（计算结果保留三位有效数字）
【解答】解：波长为λ光子能量为： ①
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则： ②
式中，η＝5%是灯泡的发光效率．联立①②式得： ③
代入题给数据得：n1018个
答：灯泡每秒内发出的光子数为9.05×1018个．
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