2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册-4.1普朗克黑体辐射理论 精选练习4(Word版含答案)

4.1普朗克黑体辐射理论 精选练习4（解析版）
一、选择题
1．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
2．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
3．量子化是一种从经典场论建构出量子场论的程序。为了解释图示的黑体辐射的实验规律，猜测振动着的带电粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，即微观粒子的能量是量子化的假设，首先提出此观点的科学家是（　　）
A．密立根 B．普朗克 C．玻尔 D．爱因斯坦
4．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （　　）
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
5．下列说法正确的是（　　）
A．法拉第发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系
B．奥斯特实现了“磁生电”，使人们对电与磁的内在联系的认识更加深入
C．爱因斯坦首提“能量子”概念，是量子力学的奠基人
D．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论
6．在物理学发展的过程中，许多科学家作出了突出贡献，下列说法正确的是（　　）
A．爱因斯坦提出了能量子假说 B．赫兹最早用实验证实了电磁波的存在
C．麦克斯韦最早提出用电场线描述电场 D．法拉第发现了电流的磁效应
7．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后形成a、b两束单色光，下列说法正确的是（　　）
A．a光的折射率较大
B．在三棱镜中a光的速度较小
C．在三棱镜中a光的波长较长
D．a光的光子能量较大
8．于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是（ ）
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射
C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍
D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
9．下列说法正确的是（ ）
A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的
C．在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值
D．在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
10．在物理学发展的过程中，许多科学家作出了突出贡献，下列说法正确的是（　　）
A．爱因斯坦提出了能量子假说 B．赫兹最早用实验证实了电磁波的存在
C．麦克斯韦最早提出用电场线描述电场 D．法拉第发现了电流的磁效应
11．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
12．下列关于热辐射和黑体辐射说法不正确的是（　　）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．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
C．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
D．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
13．对光电效应的解释正确的是
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，它积累的动能足够大时，就能从金属中逸出
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服表面的引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大
D．由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
14．下列有关黑体的说法，正确的有
A．黑体并不向外辐射电磁波
B．普朗克提出能量子假说能够很好的解释黑体辐射规律
C．温度升高，各种波长的辐射强度都减小
D．温度升高，黑体辐射强度极大值向波长较短的方向移动
15．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
二、解答题
16．阅读如下资料并回答问题；自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射。热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100％地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0=T 4，其中常量=5.67 10-8W/（m2·K4）。在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。有关数据及数学公式：太阳半径Rs=696000km，太阳表面温度T=5770K，地球半径r=6371km．球面积=4R2，其中R为球半径。
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为 210-7m~110-5m范围内，求相应的频率范围；
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少；
（3）已知太阳到地球的距离约1.49108km，忽略太阳辐射能量在传播过程中的损失。地球表面受到来自太阳的辐射能量的总功率约为多少
17．太阳光垂直射到地面上时，地面S＝1m2的面积上接收的太阳光的功率P＝1.4kW其中可见光部分约占45%，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J s。（结果保留2位有效数字）
(1)假如认为可见光的波长约为λ＝0.55μm，日地间的距离R＝1.5×1011m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少；
(2)若已知地球的半径R0＝6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率。
参考答案
1．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。
2．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。
3．B
【详解】
A．密立根测定了电子的电荷量，A错误；
B．普朗克最先提出能量的量子化，成功解释了黑体辐射现象，B正确；
C．玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱，C错误；
D．爱因斯坦用量子理论解释了光电效应，D错误。
故选B。
4．D
【详解】
由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电与磁的联系，故A错误；
B．法拉第实现了“磁生电”，使人们对电与磁的内在联系的认识更加深入，故B错误；
C．普朗克首提“能量子”概念，故C错误；
D．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，故D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．普朗克提出了能量子假说，故A错误；
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故B正确；
C．首先用电场线描述电场的科学家是英国的科学家法拉第，故C错误；
D．奥斯特发现了通电导体周围存在磁场，是第一个发现电流磁效应的科学家，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．光从空气斜射向玻璃折射时，入射角相同，光线a对应的折射角较大，根据
故光线a的折射率较小，频率也较小，即
na＜nb
故A错误；
B．根据
可知在该三棱镜中a光速度大于b光速度，故B错误；
C．根据
可知在三棱镜中a光的波长较长，故C正确；
D． a光的频率较小，根据
E=hv
则a光的光子能量较小，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，A错误；
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，B正确；
C．根据量子化的理论，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，C正确；
D．根据量子化的理论，黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D正确。
故选A。
9．C
【详解】
A．一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况等因素有关，故A错误；
B．黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；
C．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；
D．根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．普朗克提出了能量子假说，故A错误；
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故B正确；
C．首先用电场线描述电场的科学家是英国的科学家法拉第，故C错误；
D．奥斯特发现了通电导体周围存在磁场，是第一个发现电流磁效应的科学家，故D错误。
故选B。
11．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。
12．D
【详解】
A．根据黑体辐射理论可知，一切物体都在辐射电磁波，故A正确；
B．根据黑体辐射规律可知，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；
C．能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故C正确；
D．物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与其它因素有关，比如物体的形状，故D错误。
本题选不正确的，故选D。
13．BD
【详解】
A．发生光电效应时，光电子的发射几乎是瞬时的，电子吸收的能量不能积累，故A错误；
B．如果入射光子的能量小于逸出功，光电效应便不能发生了，故B正确；
C．光电子的最大初动能与光强无关，与入射光的频率有关，故C错误；
D．由光电效应方程：
可知当时，为使金属产生光电效应的入射光的最低频率，此时：
由于不同金的逸出功不同，则也不同，故D正确。
故选BD。
14．BD
【详解】
A．如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体；黑体可以辐射出任何频率的电磁波，选项A错误.
B．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，故B正确．
CD．当黑体温度升高时，辐射的各个频率的部分的强度均变大，同时辐射强度极大值向波长较短的方向移动，选项C错误，D正确．
15．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。
16．（1）3×1013Hz～1.5×1015Hz；（2）；（3）W
【详解】
（1）光速c=3×108m/s，根据
代入数据解得，
频率范围为
3×1013Hz～1.5×1015Hz
（2）根据题意可知每小时从太阳表面辐射的总能量为
代入数据解得
（3）地球表面受到来自太阳的辐射能量的总功率约为
代入数据解得W
17．(1) 5.0×1044个；(2)2×1014kW
【详解】
(1)根据题意有
P＝1.4kW＝1.4×103W
设地面上lm2的面积上每秒接受的可见光子数为n，则有
代入数据解得
n＝1.75×1021个/m2
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N＝n×4πR2＝1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2＝5.0×1044个
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直，接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接受太阳光的总功率为
P地＝P πR02＝1.4×3.14×（6.4×106）2＝2×1014kW