13.5能量量子化 学科素养提升练（word版含答案）

13.5能量量子化 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．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
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．根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时（　　）
A．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大
B．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能增大
C．要放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能减小
D．要吸收光子，氢原子的能量增加，电子的动能减小
4．以下说法符合物理学史的是（　　）
A．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性
B．为了解释黑体辐射规律，康普顿提出了电磁辐射的能量是量子化的
C．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
D．普朗克将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
5．2018年诺贝尔物理学家授予给科学家阿赫阿什金，以表彰他在激光镊子方面所做出的贡献，激光镊子是指利用激光在物体上的折射作用对物体施加作用力，从而达到操作微小物体的目的，激光束并非完全是平行光，光束中存在一个最细的部位，称为光源，当物体处于光腰下方时，由于激光的作用，物体会受到激光向上的力，当物体处于光腰上方时，由于激光的作用，物体会受到向下的力，从而使物体总能束缚在光腰部位。现在研究某个物体的受力，如图所示，只考虑入射的1、2两束激光，它们原本与书脂呈一定夹角，经过物体析射后光线刚好沿着竖直方向向上，且所有光线都经过折射透过了物体，两束光线强度相同，两束激光的总功率为P，激光频率为。以下说法错误的是（ ）
A．单位时间透过物体的光子个数为
B．通过物体的光子动最为
C．两束光线对物体产生的作用力竖直向下
D．可知物体此时位于光腰的下方
6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有个波长为的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为为普朗克常量，为真空中的光速（　　）
A． B． C． D．
7．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，如图所示为黑体辐射的实验规律图，下列说法正确的是（　　）
A．黑体热辐射的强度与波长无关
B．黑体热辐射只能是高温下才能进行，低温下不辐射
C．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D．从图象看出随着温度的升高，各种波长的辐射强度是先增加后减小
8．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像，则下列说法正确的是（　　）
A．T1＜T2
B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
C．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短方向移动
9．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中T1>T2
B．图乙中T1C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
10．关于电磁振荡与电磁波，下列说法正确的是（　　）
A．雷达的最大侦察距离等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播的距离
B．黑体可以吸收一切光，普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，黑体的热辐射实质上是电磁辐射
C．红外线有很强的穿透本领，医学上常用于透视人体，过强的紫外线照射有利于人体的皮肤健康
D．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场一定能产生磁场，变化的磁场也一定能产生变化的电场
11．我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，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．能量子的能量更小
C．能量子的能量更大 D．传播速度更快
12．下列说法正确的是（　　）
A．能源的利用过程实质是能量转化或转移的过程
B．麦克斯韦预见了电磁波的存在，赫兹发现了电磁波
C．普朗克提出了热辐射的能量是不连续的观点，他把每一份能量叫做一个光子
D．在电磁波中，紫外线有显著的热效应，可以用来加热
13．某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的
A．是紫外线 B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个
14．以下说法中正确的是（　　）
A．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波并用实验证实了电磁波的存在
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，只要有变化的电场，就可以形成电磁波
C．普朗克最早提出量子假说，开创了量子理论的新时代
D．量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位的整数倍
二、解答题
15．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s)
16．（1）功率为P的光源向四周发出光子，光速为c，光波的波长为，普朗克常量为h，求每秒发出的光子数．
（2）在离光源d处有一挡板挡光，设挡板对光是完全吸收的，且挡板正对光源，求光子在挡板上产生的压强．
参考答案
1．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。
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．A
【详解】
根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，氢原子的能量减小，电子的动能增大，电势能减小。
故选A。
4．A
【详解】
A． 德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性。故A正确；
B．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了电磁辐射的能量是量子化的。故B错误；
C． 卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构。故C错误；
D．玻尔量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征。故D错误。
故选A。
5．D
【详解】
A．一个光子的能量 =hv，单位时间通过物体的能量E=P，单位时间通过物体的光子个数为
故A不合题意；
B．根据，，得通过物体的光子动量
故B不合题意；
CD．如图所示，光腰位于物体的下方，由于使物体总能束缚在光腰部位，所以两束光线对物体产生的作用力竖直向下。故C不合题意，D符合题意。
故选D.
6．B
【详解】
由于单个光子的能量为
所以个光子的总能量
又因为
解得
故选B。
7．C
【详解】
A．黑体热辐射的强度与波长有关，故A错误；
B．任何温度下的物体都会发出一定的热辐射，B错误；
CD．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，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C正确，D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，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错误；
B．由图像可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B错误；
C．由图像可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；
Ｄ．有图可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，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正确。
故选D。
9．D
【详解】
AC．由图甲可知，温度为T2的图线中速率大分子占据的比例较大，则说明其对应的平均动能较大，故T2对应的温度较高，T1＜T2；温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定每一个气体分子的速率都增大，故AC错误；
BD．由图乙可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，则T1>T2，故B错误，D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．雷达的最大侦察距离应等于电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播距离的一半，A项错误；
B．黑体可以吸收一切光，黑体辐射本质上是电磁辐射，普朗克最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，B项正确；
C．X射线有很高的穿透本领，医学上常用于透视人体，过强的紫外线照射对人体的皮肤有害，C项错误；
D．变化的电场一定能产生磁场，变化的磁场一定能产生电场，但均匀变化的磁场只能产生恒定电场，D项错误。
故选B。
11．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
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；
BC．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。
12．AB
【详解】
A．能源的利用过程实质是能量转化或转移的过程，故A正确；
B．麦克斯韦预见了电磁波的存在，赫兹发现了电磁波，故B正确；
C．1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子。1905年爱因斯坦从此得到启发，提出了光子的观点，认为光子是组成光的最小能量单位，故C错误；
D．在电磁波中，红外线有显著的热效应，可以用来加热，故D错误。
故选AB。
13．BD
【详解】
波长的大小大于可见光的波长，属于红外线．故A错误，B正确．光子能量．故C错误．每秒钟发出的光子数．故D正确．故选BD．
【点睛】
解决本题的关键熟悉电磁波谱中波长的大小关系，以及掌握光子能量与波长的大小关系．
14．CD
【详解】
A．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的电场，不能形成电磁波，B错误；
C．普朗克最早提出量子假说，开创了量子理论的新时代，C正确；
D．量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量只能是某一最小能量单位的整数倍，D正确。
故选CD。
15．36℃，2.12×10 - 22J
【详解】
人体表面的温度为
T ==K ≈ 309K≈36℃
人体辐射的能量子的值为
ε = h= 6.63×10 - 34×J = 2.12×10 - 22J
16．（1） （2）
【详解】
（1）单个光子的能量为
光源每秒辐射的能量为P，故每秒发出的光子数为
（2）光源发出的光子均匀分布在以光源为中心的球面上，以d为半径作一个球面，则单位时间内照到挡板单位面积上的光子数为
单个光子的动量为
光压等于单位时间照到挡板单位面积上的光子动量的变化量，而挡板对光是完全吸收的，所以光子在挡板上产生的压强为