5.4初识光量子与量子世界 达标作业（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
达标作业（解析版）
1．关于下列物理常数，单位正确的是（　　）
A．静电常量k
N·kg2/m2
B．普朗克常量h
J·s
C．动摩擦因数
N/kg
D．电阻率
2．下列说法正确的有（
）
A．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性
B．照相机镜头涂有增透膜，各种颜色的可见光能几乎全部透过镜头
C．电磁波频率的大小取决于在某种介质中传播的速度和波长的大小
D．感染新冠病毒者体温升高时，热辐射的强度极大值向波长较长方向移动
3．下列说法正确的是
A．光电效应和康普顿效应揭示了光具有波粒二象性
B．牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物，能够用实验直接验证
C．英国物理学家汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点
D．爱因斯坦首先把能量子的概念引入物理学，否定了“能量连续变化”的观点
4．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（　　）
A．
B．
C．
D．
5．下列有关说法正确的是（　　）
A．普朗克为了解释黑体辐射的实验规律，首先提出了量子化，并成功解释了光电效应现象
B．利用碳14的半衰期可以估算古生物的年龄
C．爱因斯坦提出了光子说和物质波，并指出一切微观粒子都具有波粒二象性
D．目前人类利用的核能主要来自轻核聚变
6．下列说法正确的是（　　）
A．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
B．如果利用蓝光照射某种金属可以发生光电效应，改用黄光一定不能发生光电效应
C．光的衍射和光电效应说明光具有波粒二象性
D．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
7．2020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
8．提出能量的量子化假说的科学家是（　　）
A．牛顿
B．伽利略
C．爱因斯坦
D．普朗克
9．下列关于电磁波和能量量子化的说法正确的是（
）
A．量子的频率越高，其能量越大
B．法拉第最先预言了电磁波的存在
C．微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线的波长顺序由短到长
D．从距离地面340km的天宫一号空间站发送信号到地面接收站，至少需要103s
10．2016年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是（　　）
A．外表面涂成黑色的物体就是黑体
B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波
C．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个小孔就成了黑体
D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说
11．以下关于电场和磁场的理解正确的是（　　）
A．一定条件下，两种场可以互相激发产生
B．试探电荷在电场中，电流元（一小段通电导线）在磁场中，一定都受到相应的场力
C．静电场、涡旋电场、恒定磁场和变化磁场都可以定义势和势能的概念
D．场和场线都是人们为了研究问题方便引入的理想物理模型，并非客观存在
12．我国高铁技术从无到有，并取得了巨大飞跃，目前处于世界领先水平。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G相比，5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比，5G使用的电磁波（
）
A．波长更长
B．衍射更明显
C．能量子的能量更大
D．传播速度更快
13．O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，两束光从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P。下列说法正确的是（　　）
A．A光的光子能量较大
B．在真空中，A光的波长较长
C．在真空中，A光的传播速度较大
D．光从玻璃体中射出时，A光的临界角大于B光的临界角
14．下列说法正确的是(
)
A．β射线的穿透能力比γ射线强
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．电子的衍射图样表明实物粒子也具有波动性
D．大量处于n＝3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
15．下列说法正确的有（
）
A．研究表明，一般物体的电磁辐射仅与温度有关
B．电子的衍射图样证实了电子的波动性
C．α粒子散射实验是估测原子核半径最简单的方法
D．结合能越大的原子核，核子的平均质量越大
16．测温枪是根据人体辐射红外线的强度和波长工作的，辐射规律与黑体相同。如图所示是某次实验时在T1、T2温度下测得的某物体辐射电磁波的强度与波长的关系，则同一物体（　　）
A．在不同温度下向外辐射同一波长的电磁波的强度相同
B．在高温下相同时间内向外辐射电磁波总能量多
C．在高温下辐射电磁波强度的极大值的波长短
D．在高温下辐射电磁波强度的极大值的频率低
17．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）
18．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？
19．一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？
参考答案
1．B
【详解】
A
．由物理公式可知
k的单位是
，A错误；
B．由物理公式
h的单位是
，B正确；
C．动摩擦因数仅仅是一个数值，没有单位，C错误；
D．由物理公式可知
的单位是，D错误；
故选B。
2．A
【详解】
A．全息照相利用了激光频率单一，具有相干性好，故A正确；
B．照相机镜头涂有增透膜，但并不是各种颜色的可见光全部透过镜头，故B错误；
C．电磁波频率取决于振源的频率，故C错误；
D．随着温度的升高黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动，故D错误。
故选A。
3．C
【解析】
光电效应和康普顿效应揭示了光具有，粒子性，A错误；牛顿第一定律是利用逻辑推理对实验事实进行分析的产物，不能够用实验直接验证，B错误；英国物理学家汤姆孙发现了电子，否定了“原子不可再分”的观点，C正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，D错误．
4．A
【详解】
BD．黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强大，所以BD错误；
AC．黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在以至更高温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射，即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，所以C错误；A正确；
故选A。
5．B
【详解】
A．普朗克为了解释黑体辐射的实验规律，首先提出了能量量子化；爱因斯坦提出了光子说解释了光电效应现象，A错误；
B．古生物死亡后，遗体内的碳14在衰变，无法得到补充，所以根据碳14的放射强度结合碳14的半衰期可以估算古生物的年龄，B正确；
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出了物质波，并指出一切微观粒子都具有波粒二象性，C错误；
D．目前人类利用的核能主要来自重核裂变，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子到达概率低的地方，故A错误；
B．如果黄光的频率高于金属的截止频率，那么也可以发生光电效应，故B错误；
C．光的衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，光具有波粒二象性，故C正确；
D．黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。
故选C。
8．D
【详解】
提出能量的量子化假说的科学家是普朗克，故D正确，ABC错误。
故选D。
9．A
【详解】
A．由能量子具有的能量的计算公式
E
=
hv
可知量子的频率越高，其能量越大，A正确；
B．麦克斯韦建立电磁场理论，并是最先预言电磁波存在的物理学家，B错误；
C．实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波。光波的频率比无线电波的频率要高很多，光波的波长比无线电波的波长短很多；而X射线和γ射线的频率则更高，波长则更短，C错误；
D．已知电磁波波速为光速，有
t
==s
则至少需要10-3s，D错误。
故选A。
10．C
【详解】
AB．黑体是能吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，故AB错误；
C．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了黑体，故C正确；
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，故D错误。
故选C。
11．A
【详解】
A．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，即一定条件下，两种场可以互相激发产生，故A正确；
B．试探电荷在电场中一定受电场力，而电流元（一小段通电导线）在磁场中，若电流与磁感应强度平行，则不受安培力，故B错误；
C．静电场定义势和势能的概念，涡旋电场不能引入势的概念，它是由磁场变化率和空间位置决定的，磁场不是有势场，而是涡旋场，故恒定磁场和变化磁场也不能定义势和势能，故C错误；
D．电场和磁场是法拉第第一次提出的，是客观存在的物质，而电场线和磁感应线是法拉第为了形象的描述场而假想引入的，并非客观存在，故D错误；
故选A。
12．C
【详解】
A．由题知与4G相比，5G具有“通信使用的电磁波频率更高”，已知电磁波的波长与频率的关系为λ
=，由此可知频率越高波长越短，则与4G相比，5G使用的电磁波波长更短，A错误；
B．波长越长衍射现象越明显，由选项A可知λ5G
<
λ4G，则与4G相比，5G使用的电磁波衍射现象较差，B错误；
C．已知能量子的能量为，由题知与4G相比，5G具有“通信使用的电磁波频率更高”，则与4G相比，5G使用的电磁波能量子的能量更大，C正确；
D．电磁波的传播速度与光速相等，在自由空间中，为c
=
3
×
108m/s，D错误。
故选C。
13．BD
【详解】
A．光线通过玻璃体后，A光的偏折程度比B光的小，则该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小，即
而折射率越大，光的频率越高
根据
A光的光子能量较小，A错误；
B．根据
A光的波长较长，B正确；
C．在真空中，A光与B光的波速相等，C错误；
D．根据
A光的临界角大于B光的临界角，D正确。
故选BD。
14．BC
【解析】
三种射线中γ射线的穿透能力最强，A错误；根据黑体辐射规律：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，B正确；衍射是波的特性，故电子的衍射图样表明实物粒子具有波动性，C正确；根据可知大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子，D错误．
15．BC
【详解】
A．实际物体辐射电磁波情况与温度、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，是实际物体的理想化模型，故A错误；
B．电子的衍射图样证实了实物粒子的波动性，故B正确；
C．卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型：原子中心有一个很小的核，内部集中所有正电荷及几乎全部质量，所以α粒子散射实验是估算原子核半径最简单的方法之一，故C正确；
D．根据核子平均质量曲线与比结合能曲线可知比结合能越大，原子核越稳定，核子平均质量越小，故D错误。
故选BC。
16．BC
【详解】
A．由图像可知，在不同温度下向外辐射同一波长的电磁波的强度不相同，选项A错误；
B．从图中可以看出，辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，即在高温下相同时间内向外辐射电磁波总能量多，故B正确；
CD．从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，即在高温下辐射电磁波强度的极大值的波长短，故C正确，D错误。
故选BC。
17．，
【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
18．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。
19．
【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