5.4初识光量子与量子世界 自主提升过关练

5.4初识光量子与量子世界 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．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
2．下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是（　　）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
C．黑体辐射强度的极大值跟温度无关
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关
3．据报道：截止2020年12月我国5G基站建设累积71.8万个，已建成全球最大5G网络，中国将进入全面5G时代，开启了万物互联时代：车联网、物联网，智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一元变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用3300-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880-2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。关于5G信号与4G信号下列说法正确的是（　　）
A．5G信号和4G信号都具有偏振现象
B．5G信号和4G信号有可能是纵波
C．5G信号相比4G信号光子能量更小
D．5G信号相比4G信号在真空中的传播速度更小
4．黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是（　　）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动
C．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波
D．不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波
5．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
6．第26届国际计量大会决定，质量单位“千克”用普朗克常量h来定义，“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”。h的值为6.63×10-34 J s，则h的单位“J s”用国际单位制中的基本单位表示为（　　）
A．kg m2/s2 B．kg m2/s C．N s/m D．N s m
7．下列说法中正确的是（　　　）
A．爱因斯坦第一个提出能量子的概念
B．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
C．物体的长度是量子化的
D．温度升高，物体辐射的紫光增强，辐射的红光减弱
8．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
9． 2015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．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体
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
10．2020年12月我国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。下列关于能量子的说法中正确的是（　　）
A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的 B．能量子表示微观世界的不连续性观念
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大 D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子
11．关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　）
A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
12．下列物理学的发展史，表述正确的是（　　）
A．开普勒得出的开普勒第三定律中，其中是与中心天体质量无关的恒量
B．牛顿发现的万有引力定律中，引力常量是由牛顿测得
C．库仑发现的库仑定律，并测出了电子的电量
D．普朗克提出了能量子假说中，普朗克常量的单位是J·s
13．下列说法正确的是（　　）
A．磁场是一种特殊形式存在的物质，但磁感线并不存在
B．磁感线从N极发出终止于S极
C．可见光由红→紫，波长减小，频率增大
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
14．以下宏观概念中，是“量子化”的有(　　)
A．物体的带电荷量 B．物体的动量
C．物体的质量 D．学生的个数
15．自2020年1月以来，“新冠肺炎”席卷全国。“新冠肺炎”的典型症状就是持续发烧，因此测温是“新冠肺炎”防控的重要环节。为方便测温人们习惯采用如图所示的额温枪。额温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将额温枪放于距两眼中间部位5-6cm处，修正额头与实际体温的温差便能显示准确的体温。则以下说法正确的是（　　）
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异
B．额温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是横波
D．爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，并成功解释了光电效应现象
二、解答题
16．已知小灯泡的功率，设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长的光，求在距离灯泡处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为处的光子数是多少？（已知，计算结果保留两位有效数字）
17．1900年4月27日，英国著名物理学家开尔文男爵在英国皇家学会提出“物理学的两朵乌云”，查阅资料简述这“两朵乌云”是什么？
参考答案
1．A
【解析】
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。
2．C
【解析】
A．一切物体都在辐射电磁波，故A正确；
B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，故B正确；
C．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C错误；
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关，故D正确。
故选C。
3．A
【解析】
AB．5G信号和4G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A正确，B错误；
C．由
可知5G信号相比4G信号光子能量大，故C错误；
D．5G信号和4G信号在真空的的传播速度都为光速，故D错误。
故选A。
4．D
【解析】
A．由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确，不符合题意；
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确，不符合题意；
CD．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
故选D。
5．B
【解析】
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。
6．B
【解析】
能量的单位是J，由功能关系可知
h的单位是J s，由可得
则
故选B。
7．B
【解析】
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，故A错误；
B．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B正确；
C．“物体的长度”可以分割，可以取小数，不能体现量子化的思想，故C错误；
D．当物体温度的升高时，它辐射的红光增强，辐射的紫光减弱，故D错误。
故选B。
8．C
【解析】
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。
9．C
【解析】
【详解】
AB．黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，A、B错误；
C．在空腔壁上开一个很小的孔，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，这个带小孔的空腔就成了黑体，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，D错误。
故选C。
10．B
【解析】
【详解】
A．能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；
B．能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；
D．能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。
故选B。
11．C
【解析】
【详解】
A．能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，而不发生发射，这样的物体称为黑体，故A错误；
BC．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，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错误，C正确；
D．射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体，故选项D错误。
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
A．根据万有引力定律得
变形得
所以，是与中心天体质量有关的恒量，A错误；
B．牛顿发现的万有引力定律中，引力常量是由卡文迪许通过扭秤测得的，B错误；
C．库仑通过库仑扭秤实验发现的库仑定律，并没有测出电子的电量，C错误；
D．普朗克提出了能量子假说中，普朗克常量的单位是J·s，D正确。
故选D。
13．ACD
【解析】
【详解】
AB．磁感线是假想的，不存在，且在磁体外部由N到S，在内部由S到N，是闭合曲线，故A正确，B错误；
C．由电磁波谱可知，故C正确；
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故D正确。
故选ACD。
14．AD
【解析】
【详解】
A．物体的带电荷量只能是元电荷的整数倍，所以物体的带电荷量是量子化的，A正确；
B．物体的动量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的，B错误；
C．物体的质量的数值可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的，C错误；
D．学生的人数的数值和微观粒子的数量只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的，D正确。
故选AD。
15．AC
【解析】
【详解】
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异，所以A正确；
B．用于杀菌消毒的是紫外线，不是红外线，所以B错误；
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是横波，所以C正确；
D．普朗克最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，但是成功解释光电效应现象的是爱因斯坦，所以D错误。
故选AC。
16．个
【解析】
【详解】
每个光子
每秒发射光子数个

解得：个
17．两朵乌云指：一是光的运动问题，二是能量辐射的问题
【解析】
【详解】
两朵乌云指：一是光的运动问题，二是能量辐射的问题。
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