5.4初识光量子与量子世界 课时练（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第三册
5.4初识光量子与量子世界
课时练（解析版）
1．根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)(　　)
A．
B．
C．hλ
D．
2．对黑体辐射的研究中，我们发现，物质吸收或发射能量是不连续的，于是提出能量量子化的理论，那么这位科学家是（　　）
A．牛顿
B．开普勒
C．普朗克
D．阿基米德
3．2019年5月20日是第20个“世界计量日”，当日，第26届国际计量大会通过的关于国际单位制（SI）基本单位变革的决议生效实施。第26届国际度量衡大会上，重新定义了千克。新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体。其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是
A．J s
B．J/s
C．kg·m2/s
D．Kg·m2·s3
4．四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（　　）
A．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小
C．英国物理学家瑞利提出的辐射强度按波长分布的理论公式与实验相符
D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符
5．关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波
B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越长
C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，因此肉眼看不到黑体
D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍
6．黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系。此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献，如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，从中可以看出（　　）
A．温度越高，辐射电磁波的波长越短
B．温度越低，辐射电磁波的波长越长
C．同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强
D．不同温度时辐射强度的最大值变化无规律可循
7．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程.在以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，正确的是（
）
A．伽利略猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，并直接用实验进行了验证
B．法拉第不仅提出了场的概念，而且采用电场线来直观地描绘了电场
C．卡文迪许将行星与太阳、地球与月球、地球与地面物体之间的引力规律推广到宇宙中的一切物体，得出万有引力定律，并测出了引力常量G
的数值
D．爱因斯坦首次提出能量量子假说，成功解释了黑体辐射
8．下列论述中正确的是
A．法拉第首先提出了场的概念
B．爱因斯坦把“能量子”引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
C．库仑最早通过油滴实验测出了元电荷的电量
D．玻尔通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型
9．下列说法正确的是（　　）
A．伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”
B．爱因斯坦首先提出“能量子”假说
C．牛顿发现万有引力定律的同时测出了引力常量
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度以及能量的概念
10．如图所示，A、B是颜色不同且彼此平行的两束单色光，当它们从空气射入水中时都发生折射。已知B光折射角大于A光的折射角，于是可以判定（　　）
A．A光光子能量大
B．在水中A的波长较长
C．在水中B的光速小
D．B光的频率大
11．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）
A．
B．
C．
D．
12．一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
13．波粒二象性是微观粒子的基本特征，以下说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
14．下列四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是（
）
A．卢瑟福通过分析甲图中的粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型
B．乙图表示的是磁场对和射线的作用情况,其中①是射线,②是γ射线
C．丙图表示的核反应属于重核裂变,是人工无法控制的核反应
D．丁图表明,随着温度的升高黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
15．如图所示，一束光照射到一块矩形玻璃的上表面，发生折射后分成两束单色光a、b，两束单色光a、b分别照射到两个不同的界面上，下列说法中正确的是（　　）
A．a光光子能量比b光光子能量要高
B．a光在玻璃中的速度比b光要快
C．a光在A点可能发生全反射
D．b光在B点可能发生全反射
16．a、b两种单色光以相同的入射角从半圆形玻璃砖的圆心O射向空气，其光路如图所示．下列说法正确的是（
）
A．a光由玻璃射向空气发生全反射时的临界角较小
B．该玻璃对a光的折射率较小
C．b光的光子能量较大
D．b光在该玻璃中传播的速度较大
17．一定功率的小灯泡发出的光向四周均匀辐射，平均波长为，在距离d处，每秒种落在垂直于光线方向、面积为S的球面上的光子数为N，普朗克常量为h，小灯泡的发光频率为多大？
18．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
19．在一杯开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的。根据能量量子化理论，开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
参考答案
1．A
【解析】
光子能量为：E=hv，光子频率、波长、光速之间关系为，联立可得：，故A正确，BCD错误．
2．C
【详解】
普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故选C。
3．C
【解析】
【详解】
AB．J不是国际单位制的基本单位，故AB错误；
CD．根据E=hv解得：
则
h的单位是
故C正确，D错误。
4．D
【详解】
A．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项A错误；
B．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，选项B错误；
CD．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，选项C错误，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．自然界的任何物体都向外辐射红外线，温度越高，辐射电磁波的本领越强，故A错误；
B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越短，故B错误；
C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，但黑体辐射光，肉眼能看到黑体，故C错误；
D．根据量子化的理论，黑体辐射电磁波的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。
故选D。
6．C
【分析】
本题考查黑体辐射的基本知识。
【详解】
AB．无论温度高低，黑体都会产生所有波长的电磁波，故AB错误；
C．同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强，故C正确；
D．温度升高，辐射强度的最大值向短波长、高频率的方向移动，故D错误。
故选C。
7．B
【解析】
伽利略猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比，但没有直接用实验进行验证，A错误；法拉第首次提出场的概念，并且采用电场线来直观地描绘了电场，B正确；牛顿发现了万有引力，而卡文迪许测出了引力常量，C错误；普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，D错误．
8．A
【解析】
【详解】
A.
法拉第首先提出了场的概念，选项A正确；
B.
普朗克把“能量子”引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，选项B错误；
C.
密立根最早通过油滴实验测出了元电荷的电量，选项C错误；
D.
卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子核式结构模型，选项D错误。
故选A。
【点睛】
熟记物理学史是解决这类问题的关键所在。
9．D
【详解】
A．伽利略通过“理想实验”得出“力不是维持物体运动的原因”，选项A错误；
B．普朗克首先提出“能量子”假说，选项B错误；
C．牛顿发现万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量，选项C错误；
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度以及能量的概念，选项D正确。
故选D。
10．A
【详解】
AD．B光折射角大于A光的折射角，根据折射定律，故B光的折射率较小，频率小，根据
则A光光子能量大，D错误A正确；
B．B光的折射率较小，频率小，波长较长，B错误；
C．根据
B光的折射率要小，则在水中B的光速大，C错误。
故选A。
11．B
【详解】
根据黑体辐射实验规律，黑体热辐射的强度与波长的关系为：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，则各种频率的辐射强度也都增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即频率较大的方向移动分析图像，只有B项符合黑体辐射实验规律，故B项正确．
故选B.
12．A
【详解】
A．普朗克常量h的单位是J·s，故A正确；
B．万有引力常量G的单位是，故B错误；
C．劲度系数k的单位是，故C错误；
D．动摩擦因数μ没有单位，故D错误。
故选A。
13．BD
【详解】
A．光电效应揭示了光的粒子性，A错误；
B．衍射是波特有的性质，热中子束射到晶体上产生衍射图样，说明中子具有波动性，B正确；
C．黑体辐射的实验规律用能量量子化解释，C错误；
D．根据可知动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等，D正确。
故选BD。
14．AB
【解析】
A.
甲图是粒子散射实验，卢瑟福通过分析实验结果，提出了原子的核式结构模型，故A正确；
B.
根据左手定则可知，射线①带正电，为α射线；射线②不带电，为γ射线，故B正确；
C．丙图表示的核反应属于重核裂变，是可以人工控制的核反应，故C错误；
D．丁图中黑体辐射的强度，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且极大值向波长较短的方向移动，故D错误．
故选：AB
15．BC
【详解】
A．根据光路可知光的偏折程度大于光，所以两束单色光的折射率满足
所以光子能量关系满足
A错误；
B．在玻璃介质中根据可知
B正确；
C．a光在A点的入射角可能大于a光的临界角，可能发生全反射，C正确；
D．根据光路的可逆性可知b光在B点出射方向与原来入射光方向相同，D错误。
故选BC。
16．BC
【解析】
【详解】
A．由光路图可知，a、b
两种单色光以相同的入射角从半圆形玻璃砖的圆心O
射向空气，b光发生全反射，a光未发生全反射，可知b光发生全反射的临界角较小，a光发生全反射的临界角较大，故A错误．
B．根据sinC=1/n得，a光的临界角较大，则a光的折射率较小，故B正确．
C．a光的折射率小，则a光的频率小，b光的折射率大，则b光的频率大，根据E=hv知，b光的光子能量较大，故C正确．
D．根据v=c/n得，b光的折射率较大，则b光在该玻璃中传播的速度较小，故D错误．
故选BC．
【点睛】
解决本题的关键知道折射率、频率、临界角、在介质中传播速度之间的关系，通过临界角的大小比较出折射率是解决本题的突破口．
17．
【详解】
设灯泡的功率为P，距离灯泡d处单位面积的功率
根据能量守恒
联立解得
18．，
【详解】
能量子与频率的关系为
解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
19．见解析
【详解】
开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1℃的能量很大（宏观量）。在宏观世界里观察不到能量量子化的效应，可以认为能量是连续的。所以，观察到的温度计的温度不是一段一段地降低的，可以认为开水的温度是连续变化的。