13.5 能量量子化 基础（Word版含答案）

13.5 能量量子化 基础
一、单项选择题（共3小题；共12分）
1. 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、 射线、 射线的波长顺序由短到长
D. 从距离地面 的天宫一号空间站发送信号到地面接收站，至少需要
2. 根据爱因斯坦的光子说，光子能量 等于（ 为普朗克常量， 为真空中的光速， 光为在真空中的波长）
A. B. C. D.
3. 影响黑体辐射强度按波长分布的因素是
A. 温度 B. 材料 C. 表面状况 D. 以上都正确
二、双项选择题（共3小题；共12分）
4. 太阳光中含有可见光、无线电波、红外线、紫外线、 射线、 射线，太阳辐射的能量主要集中在的区域是
A. 射线 B. 红外线 C. 无线电波 D. 紫外线
5. 世纪后半叶，欧洲的冶金工业迅速发展，人们渴望了解热辐射的规律。如果知道了辐射强度、波长分布与辐射体的温度的关系，就可以通过物体发出的光谱推知温度。假设如图所示为某次实验时 、 温度下的黑体辐射强度与波长的关系，则下列说法正确的是
A.
B.
C. 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都减小
D. 随着温度的升高，辐射强度的极大值向短波长方向移动
6. 以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是
A. 物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B. 当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C. 当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D. 早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
三、多项选择题（共1小题；共4分）
7. 德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。如图 所示，他们在一只阴极射线管中充了要考察的汞蒸气。阴极发射出的电子受阴极 和栅极 之间的电压 加速，电子到达栅极 时，电场做功 。此后电子通过栅极 和阳极 之间的减速电压 。通过阳极的电流如图 所示，随着加速电压增大，阳极电流在短时间内也增大，但是到达一个特定的电压值 后，观察到电流突然减小。在这个电压值上，电子的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。参加碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此到达不了阳极，阳极电流减小。 即为基态气体原子的激发能。得到汞原子的各条能级比基态高以下能量值： ， ， ， 。若一个能量为 电子进入汞蒸气后测量它的能量可能是
A. B. C. D.
四、填空题（共1小题；共4分）
8. 二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是 ，相应的频率范围是 ，相应的光子能量的范围是 ，（已知普朗克常量 ，真空中的光速 。结果取两位有效数字）
五、解答题（共2小题；共26分）
9. “神光Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为 、波长为 的紫外激光。已知普朗克常量 ，则该紫外激光所含光子数为多少个
10. 太阳光垂直照射到地面上时，地面上 的面积上接受太阳光的功率为 ，其中可见光部分约占 。
（1）假如认为可见光的波长为 ，日地间距离 ，普朗克常数为 ，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少
（2）若已知地球的半径为 ，估算地球接受太阳光的总功率。
答案
第一部分
1. A
【解析】根据公式 ，可知量子的频率越高，其能量越大，故A正确；
麦克斯韦最先预言了电磁波的存在，赫兹最先证实了电磁波的存在，故B错误；
电磁波谱按照波长由长到短的顺序依次是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、 射线和 射线，故C错误；
根据公式 ，可知从距离地面 的天宫一号空间站发送信号到地面接收站，至少需要的时间为：，故D错误。
2. A
3. A
第二部分
4. B， D
【解析】太阳辐射的能量主要集中在可见光、红外线和紫外线三个区域，故 B、D 正确。
5. A， D
【解析】由黑体辐射的实验规律可知，温度越高黑体辐射的各种波长的电磁波的强度都有增加，选项A正确，B、C错误；黑体温度越高辐射强度的极大值向短波长方向移动，选项D正确。
6. B， C
【解析】由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，故B、C项正确。
第三部分
7. A， C， D
第四部分
8. ；
【解析】由 得
则求得频率范围为
又由 得能量范围为 。
第五部分
9. 个
10. （1） 个
【解析】
设地面上 的面积上每秒接受的光子数为 ，则有
代入数据解得
设想一个以太阳为球心，以日地间距离 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
个。
（2）
【解析】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
。
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