5.4初识光量子与量子世界 同步作业（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
同步作业（解析版）
1．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法不符合历史事实的是（　　）
A．密立根通过油滴实验，计算出元电荷的带电量
B．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，爱因斯坦提出了能量子假说
C．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成
D．卢瑟福通过粒子散射实验，提出原子核式结构模型
2．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．黑体是真实存在的
B．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
C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D．黑体辐射无任何实验依据
3．物理学家金斯说过：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认，它是关系到保证宇宙存在的。如果说h严格等于零，那么宇宙的物质、宇宙的物质能量，将在十亿万分之一秒的时间内全部变为辐射。”其中h是普朗克常量，关于它的单位，若用国际单位制的基本单位可表示为（　　）
A．kg·m2/s2
B．kg·m/s2
C．kg·m2/s
D．kg·m2·s3
4．下列说法正确的是（　　）
A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波
B．光的波长越长，光子的能量越大
C．光的波长越短，越容易发生衍射
D．在光的干涉中，明条纹的地方是光子到达概率大的地方
5．以下宏观概念中,哪些是“量子化”的(
)
A．物体的长度
B．人的个数
C．物体的动能
D．物体所受的重力
6．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象．则下列说法正确的是(　　)
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
7．下列说法正确的是
（
）
A．在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会增加，另一方面辐射强度的极大值
向波长较长的方向移动
B．振动的带电微粒辐射或吸收的能量可以是任意数值
C．动能相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
D．不确定性关系适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观物体
8．一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
9．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
10．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
11．图1、2是利用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样．下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（
）
A．真空中，a光的频率比较大
B．同一介质中，a光传播的速度大
C．a光光子能量比较大
D．同一介质对a光折射率大
12．下列说法正确的是（
）
A．电子束通过铝箔形成的衍射图样证实了实物粒子的波动性
B．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
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关
D．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
13．下列说法正确的是（
）
A．普朗克在研究黑体辐射时提出了能量子假说
B．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
C．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
D．的半衰期为5730年，若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的，则此遗骸距今约有17190年
E.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为的光子，已知．那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时要吸收波长为的光子
14．关于近代物理学，下列图象在描述现象中，解释正确的是（　　）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知T1
＞T2）
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率v的图象中，该直线的斜率为
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线：甲光、乙光、丙光，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为v甲=v乙＜v丙
15．下列说法正确的是（
）
A．普朗克曾经大胆假设：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，这个不可再分的最小能量值也叫做能量子
B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量P跟它对应的波的频率和波长之间，遵从和
C．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方
D．光电效应揭示了光具有粒子性，康普顿效应揭示了光具有波动性
E.X射线是处于激发态的原子核辐射出的
16．黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？
17．医生用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
18．生活中很多地方杀毒都用到紫外线，紫外线的波长范围大致是100nm﹣400nm
．
100nm、400nm电磁波辐射的能量子ε的值是多少？
参考答案
1．B
【详解】
A．密立根通过油滴实验测得了元电荷的电量，选项A正确，不符合题意；
B．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了能量子假说，选项B错误，符合题意；
C．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成，选项C正确，不符合题意；
D．卢瑟福发现了质子，而查德威克用实验发现了中子的存在，此后卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项D正确，不符合题意。
故选B。
2．B
【详解】
A．黑体并不是真实存在的，A错误；
B．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，B正确；
C．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；
D．黑体辐射是有实验依据的，D错误。
故选B。
3．C
【详解】
根据能量子表达式可知
用国际单位制的基本单位可表示为
故ABD错误，C正确。
故选C。
4．D
【详解】
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故A错误；
B．光的波长越长，频率越小，则能量越小，故B错误；
C．波长越长，越容易发生明显衍射，故C错误；
D．光波是概率波，在光的干涉现象中，暗条纹是指振动减弱的地方，是光子到达概率最小的地方，并非光子不能到达的地方，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方，故D正确。
故选D。
5．B
【解析】
【详解】
人的个数是“量子化”的；而物体的长度、物体的动能以及物体所受的重力，都不是“量子化”的，故选B.
6．A
【详解】
不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1＞T2．故A正确，B错误；向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，故C错误；由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D错误；故选A．
【点睛】
本题考查的是读图能力，由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系，黑体的辐射不仅与温度有关，还与波长及频率有关．
7．D
【详解】
A、在黑体辐射中，辐射强度随温度的变化关系为：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A错误；
B、根据量子化的理论，带电微粒辐射和吸收的能量，是不连续的，故B错误；
C、根据物质波的波长公式：和动能与动量的关系式：，得：，动能相等的质子和电子相比，质子的质量大，所以质子的物质波波长短，电子的物质波波长长，电子的波动性更为明显，故C错误；
D、不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适于宏观物体，故D正确．
8．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。
9．A
【详解】
A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据公式
可知，5G信号的光子能量比4G光子能量更大，故A正确；
BD．发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G信号不容易发生明显衍射，故BD错误；
C．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是相同的，在介质中要看折射率，故C错误。
故选A。
10．B
【详解】
由光子的能量公式，即
可知，频率越大额光子能量越大，光子的能量与光子的强度无光，而根据公式
可得，波长越长，光子的频率越小，ACD错误，B正确。
故选B。
11．B
【详解】
A．a光照射产生的条纹间距大于b光照射产生的条纹间距，根据双缝干涉条纹的间距公式
知，a光的波长大于b光的波长，a光频率较小，A错误．
B．a光的频率小于b光的频率，a光的频率小，折射率小，知a的传播速度较大，故B正确；
CD．
a光的频率小，而可得a光光子能量比较小，折射率小，
C错误D错误。
故选B.
12．AB
【详解】
A．电子束通过铝箔形成的衍射图样，证实了实物粒子的波动性，故A正确；
B．根据黑体辐射理论知，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，故B正确；
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关，故C错误；
D．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生=6种不同频率的光子，故D错误．
故选AB．
13．ADE
【详解】
试题分析：普朗克在研究黑体辐射时提出了能量子假说，A正确；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过原子核人工转变的实验发现了中子，故B错误；光照强度越大，单位时间内逸出的光电子数就越多，C错误；若测得一古生物遗骸中的含量只有活体中的，说明经过了三个半衰期，则此遗骸距今约有3×5730年=17190年．故D正确；已知，所以，从a能级状态跃迁到b能级状态时发射光子的能量小于从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子的能量，所以a能级的能量小于c能级的能量，有，即，解得：，故E正确．
考点：考查了氢原子跃迁，半衰期的计算，光电效应等
【名师点睛】
在光电效应中，光照强度和光子数目有关，通过波长的大小关系，确定出频率的大小关系，从而知道a能级和c能级的能量高低，通过求出光子的波长
14．CD
【解析】
【分析】
随温度的升高，相同波长的光辐射强度和辐射强度的极大值都发生变化，根据甲图即可知其变化情况；发生光电效应时，根据光电效应方程和能量守恒定律可解。
【详解】
A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较小方向移动，故A错误；
B．根据光电效应方程有：，可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；
C．根据光电效应方程有
，根据能量守恒定律得：，
联立得：eUC=hv﹣W0，
即：
，
可知，该直线的斜率为，故C正确；
D．根据，由图知丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以甲光、乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故D正确。
【点睛】
本题主要考查了原子物理中的黑体辐射和光电效应现象，较为简单。
15．ABC
【详解】
A．普朗克把最小的能量单位叫做能量子，所以A选项是正确的；
B．德布罗意提出实物粒子也具有波动性，所以B选项是正确的；
C．光子到达频率高的区域就是光亮区，所以C选项是正确的；
D．在康普顿效应中，光子动量减小，据可知波长变大，康普顿效应揭示了光的粒子性，故D错误；
E．X射线是处于激发态的原子内层电子受激辐射出的，故E错误；
故选ABC。
【点睛】
普朗克提出能量量子化，能量都是能量子的整数倍；关系式和中，能量与动量体现粒子性，而频率与波长体现波动性；干涉现象中，亮条纹部分是光子到达几率大；而暗条纹则是光子到达几率小，康普顿效应中，一部分动量转移给电子，光子散射后波长变长；对于半衰期不会受到环境因素的影响，从而即可求解．
16．不对
【详解】
黑体可以完全吸收入射的电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体同时辐射和吸收电磁波．黑体达到高温时所辐射的电磁波中强度较大的是可见光和紫外线，此时黑体是明亮的．黑体可以是发光的物体，本身可以有较强的辐射，看上去并不一定是黑色的，也可能看上去很明亮，例如炼钢炉上的小孔。
17．见解析
【详解】
根据热辐射的实验规律可知，人的体温升高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道该人的体温了。
18．100nm、400nm电磁波辐射的能量子ε的值分别是19.9X10-17J和4.98X10-17J
【解析】
【详解】
由，100nm电磁波辐射的能量子ε的值：E1＝6.626×10 34×≈19.9×10 17J；400nm电磁波辐射的能量子ε的值：E2＝6.626×10 34×≈4.98×10 17J．