5.4初识光量子与量子世界 课时作业（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
课时作业（解析版）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．对黑体辐射的研究表明：随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动
C．核泄漏事故污染物Cs137核反应方程式为，其中x为正电子
D．一氢原子处在n=4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子
2．关于光子说的基本内容有以下几个方面，其中不正确的是（　　）
A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
C．光子的能量跟它的频率有关
D．紫光光子的能量比红光光子的能量大
3．把“能量子”概念引入物理学的物理学家是（
）
A．普朗克
B．麦克斯韦
C．托马斯·杨
D．赫兹
4．以下说法正确的有（　　）
A．黑体辐射中，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
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．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
D．汤姆孙证实了阴极射线就是电子流，并测出了电子所带的电荷量
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．下列宏观概念中，是“量子化”的有（　　）
A．人的身高
B．物体的质量
C．汽车的速度
D．大象的头数
7．下列说法正确的是（）
A．波尔理论认为电子的轨道是量子化的，电子在这些轨道上绕核转动时由于有加速度会不断向外辐射出电磁波
B．光电效应揭示了光的粒子性，光电效应表明光子具有能量和动量
C．裂变产生的中子速度很大，于是要通过镉棒将快中子变成慢中子，链式反应才能进行
D．黑体辐射中电磁波的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料以及表面积无关
8．已知某单色光的波长为，在真空中光速为，普朗克常量为，则电磁波辐射的能量子的值为（
）
A．
B．
C．
D．以上均不正确
9．下列说法不符合物理学史的是（
）
A．牛顿对引力常量G进行准确测定，并于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中
B．英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值
C．20世纪初建立的量子力学理论，使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动
D．开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上整理和研究出来的
10．下列说法正确的是（　　）
A．光波是概率波，物质波是机械波
B．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小
C．普朗克的量子化假设是为了解释光电效应而提出的
D．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性
11．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．牛顿提出的微粒说
12．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
13．1900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，为辐射的频率，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
14．下列说法正确的是（
）
A．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量
B．用紫光照射某金属表面时发生光电效应，改用红光照射时也一定能发生光电效应
C．黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移动
D．改变压强、温度可改变放射性元素的半衰期
15．下列说法中正确的是（
）
A．光电效应进一步证实了光的波动特性
B．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的
C．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征
D．天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态有关
16．普朗克说过：“科学的历史不仅是一连串事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史”．下列表述中正确的是（　　）
A．黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的
B．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增加
C．光电效应表明了光具有粒子性，而康普顿效应则表明了光具有波动性
D．光具有波粒二象性，但当光表现出波动性时，就不具有粒子性；当光表现出粒子性时，就不具有波动性
17．在巴耳末系中波长最长的光子能量约为多少？
18．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．
19．某高速公路自动测速仪装置如甲所示，雷达向汽车驶来的方向发射不连续的电磁波，每次发射时间约为，相邻两次发射时间间隔为，当雷达向汽车发射无线电波时，在显示屏上呈现出一个尖形波；在接收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现出第二个尖形波，根据两个波的距离，可以计算出汽车距雷达的距离，自动打下的纸带如图乙所示，请根据给出的、、、（波速）求出汽车车速的表达式。
参考答案
1．B
【详解】
A．光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，故A错误；
B．黑体辐射中，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。故B正确；
C．根据电荷数守恒、质量数守恒可知，x的电荷数为，质量数为，所以
x为电子，故C错误；
D．一个氢原子处在n=4的能级，由较高能级跃迁到较低能级时，最多可以发出4→3、3→2和2→1三种种频率的光，故D错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；
B．光子没有质量，也没有具体的体积，B错误；
CD．根据判断出光子的能量与光子的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，CD正确；
本题选择不正确的，故选B。
3．A
【解析】
【详解】
A．普朗克引入能量子概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合的非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A正确；
BCD．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证明了电磁波的存在，托马斯·杨首次用实验观察到了光的干涉图样，故BCD不合题意．
故选A。
4．B
【详解】
A．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A错误；
B．衍射是波所具有的特性，热中子束射到晶体上产生衍射图样，可以说明中子具有波动性，故B正确；
C．根据可知，动能相等的质子和电子，由于质子质量比电子质量大，所以质子的动量p比电子的大，又根据可知，质子的德布罗意波长比电子的小，故C错误；
D．汤姆孙证实了阴极射线就是电子流，但电子所带的电荷量是密立根通过“油滴实验”测定的，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．微观粒子的能量变化是跳跃式的，故A错误；
B．由能量子的表达式可知，能量子与电磁波的频率成正比，故B正确；
C．红光的频率比绿光小，由可知，红光的能量子比绿光小。故C错误；
D．电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小。故D错误。
故选B。
6．D
【详解】
能一份份地选取，且只能取整数，不能取小数的量均可以看作“量子化”，如大象的头数，学生个数等。
故选D。
7．D
【解析】
波尔理论认为，原子中的电子在某些不连续的特定轨道上绕核转动是稳定的，不产生电磁辐射，故A错误；光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外还具有动量，故B错误；核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，故C错误；辐射强度按照波长的分布情况只随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性，与材料以及表面积无关，故D正确；故选D.
8．A
【详解】
根据，又，所以，故A正确，BCD错误．
故选：A。
9．A
【详解】
A、牛顿发现万有引力定律，于1687年发表在其传世之作《自然哲学的数学原理》中，英国物理学家卡文迪许在实验室里通过几个铅球之间万有引力的测量，得出了引力常量G的数值，故A不符合物理学史，B符合物理学史；
C、20世纪的20年代建立了量子力学理论，它使人们认识到经典力学理论一般不适用于微观粒子的运动，故C符合物理学史；
D、开普勒行星运动定律是开普勒在其导师第谷留下的观测记录的基础上整理和研究而来的，故D符合物理学史．
点睛：本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一．
10．D
【解析】
【详解】
A．光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）可用波动规律来描述．所以从光子的概念上看，光波是一种概率波．光波和物质波都属于概率波，且都具有波粒二象性，故A错误；
B．根据测不准关系，可知微观粒子的动量和位置的不确定量一个变大的同时，另一个变小，故B错误；
C．普朗克的量子化假设是为了解释黑体辐射规律，故C错误；
D．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性，故D正确。
故选D。
11．B
【详解】
ABC．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，AC错误；
D．牛顿提出的微粒说只能局限于解决宏观物体的低速运动，不能解释黑体辐射实验规律，故D错误。
故选B。
12．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。
13．ABC
【详解】
AD．能量子假说认为，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，故A项符合题意，D项不符合题意；
BC．能量子假说认为，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，每一份能量单位，称为“能量子”，
能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量，故BC两项正确。
14．AC
【详解】
A．比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成，故A正确；
B．用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，用红光照射不一定能产生光电效应，故B错误；
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；
D．半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故D错误。
故选AC。
【点睛】
本题考查了结合能与比结合能的区别，及光电效应发生条件，知道黑体辐射规律等，同时注意理解半衰期的大小与元素所处的化学状态以及物理环境无关，知识点多，难度小，关键是要多加积累，记住基础知识。
15．BC
【详解】
A.
光电效应进一步证实了光的粒子性，选项A错误；
B.
为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的，选项B正确；
C.
经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，选项C正确；
D.
天然放射性元素衰变的快慢与化学、物理状态无关，选项D错误。
16．AB
【解析】
A、黑体辐射的实验规律表明能量不是连续的，而是量子化的，故A正确．B、紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，即光子个数增多，所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多，故B正确．C、康普顿效应和光电效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面，故C错误．D、光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，光表现出波动性时，同时具有粒子性，光表现出粒子性时，同时具有波动性，故D错误．故选AB．
【点睛】光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量．个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著．
17．
【详解】
由巴耳末公式可知，n取3的时候波长最长，
光子的频率：
由光子能量知：
.
18．（1）
（2）个
【详解】
(1)已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J，根据E=Pt得，每次“点焊”视网膜的时间是
(2)设每个光子的能量为E0，则
在这段时间内发出的激光光子的数量
19．
【详解】
汽车行驶的位移等于两次发射电磁波时汽车距离雷达的路程差，则有
对应的时间为
则汽车的速度
联立可得