6.5量子化现象 综合训练 （word版含答案）

6.5量子化现象
一、选择题（共15题）
1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（　　）
A．B．C． D．
2．把“能量子”概念引入物理学的物理学家是（ ）
A．普朗克 B．麦克斯韦 C．托马斯·杨 D．赫兹
3．下列宏观概念是“量子化”的是（　　）
A．物体的质量
B．木棒的长度
C．花生米的粒数
D．物体的动能
4．科学突破奖被誉为“科学界的奥斯卡”，旨在表彰全球顶尖物理、数学和生命科学家的研究成果，王贻芳是我国首位获得“基础物理学突破奖”的科学家。在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了贡献。关于科学贡献和物理研究方法，下列说法正确的是（　　）
A．安培提出了“分子电流假说”，成功地解释了磁铁受到高温时会失去磁性
B．“点电荷”、“元电流”、“电场强度”概念的提出应用了等效替代的方法
C．法拉第系统地总结了电磁规律的研究成果，建立经典电磁场理论
D．爱因斯坦为了对黑体辐射进行理论解释，首先提出了量子观点
5．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
6．四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（　　）
A．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小
C．英国物理学家瑞利提出的辐射强度按波长分布的理论公式与实验相符
D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符
7．关于量子，下列说法中正确的是（　　）
A．一种高科技材料 B．研究微观世界的一个概念
C．运算速度很快的计算机 D．计算机运行的一个二进制程序
8．关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波
B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越长
C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，因此肉眼看不到黑体
D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍
9．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是（　　）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知）
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为h
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线：甲光、乙光、丙光，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为
10．下列说法正确的是（　　）
A．变化的电场产生变化的磁场
B．红外线能使荧光物质发光
C．红光的能量子比绿光的能量子大
D．黑体不反射电磁波，但可以辐射电磁波
11．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
12．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）
A． B．
C． D．
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．关于黑体和黑体辐射，下列叙述正确的是(　 　)
A．爱因斯坦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
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波
C．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
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长的方向移动
15．关于能量子与黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值，能量子与电磁波的波长成正比
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．黑体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
二、综合题
16．黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？
17．如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”。“墨子号”的成功发射使我国在量子通信技术领域走在了世界前列。那么，量子通信的理论基础是什么？该理论的提出背景又是什么？
18．20世纪20年代，剑桥大学学生G·泰勒做了一个实验，在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是．已知光速．
（1）假如起作用的光波波长约为500nm，计算从一个光子到来和下一光子到来所相隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离；
（2）如果当时实验用的箱子长1.2m，根据（1）的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？
19．太阳的辐射功率（太阳每秒辐射的能量）为，已知射到大气层的太阳能只有45%到达地面，另有55%被大气层吸收和反射，而未到达地面．若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面，把太阳光看成是频率为的单色光，求地球表面上的面积每秒接收到多少个光子？已知太阳到地球的距离为．（最后结果保留两位有效数字）
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
黑体辐射的特点是：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
故选A。
2．A
【详解】
A．普朗克引入能量子概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合的非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A正确；
BCD．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证明了电磁波的存在，托马斯·杨首次用实验观察到了光的干涉图样，故BCD不合题意．
故选A。
3．C
【详解】
粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故只有C正确；
故选C。
4．A
【详解】
A．安培提出了“分子电流假说”，成功地解释了磁铁受到高温时会失去磁性，选项A正确；
B．“元电荷”、“元电流”采用理想化模型的方法， “电场强度”采用比值定义法，故B错误；
C．英国物理学家麦克斯韦系统总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，建立了经典电磁场理论，即麦克斯韦电磁场理论，故C错误；
D．普朗克为了对黑体辐射进行理论解释，首先提出了量子观点，选项D错误。
故选A。
5．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。
6．D
【详解】
A．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项A错误；
B．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，选项B错误；
CD．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，选项C错误，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
量子最早由普朗克于1900年提出，普朗克假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，其中每一份被他称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”，而非高科技材料、计算机或计算机的程序，故B正确，ACD错误。
故选B。
8．D
【详解】
A．自然界的任何物体都向外辐射红外线，温度越高，辐射电磁波的本领越强，故A错误；
B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越短，故B错误；
C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，但黑体辐射光，肉眼能看到黑体，故C错误；
D．根据量子化的理论，黑体辐射电磁波的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故A错误；
B．根据光电效应方程
可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；
C．根据光电效应有
根据能量守恒定律得
联立得
即
可知，该直线的斜率为，故C错误；
D．根据
入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。由图可知，甲光和乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，丙光的遏止电压最大，所以丙光的频率最大，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
A．均匀变化的电场产生恒定的磁场，A错误；
B．紫外线能使荧光物质发光，B错误；
C．红光的波长比紫光大，红光的能量子比绿光的能量子小，C错误；
D．黑体不反射电磁波，但可以辐射电磁波，D正确。
故选D。
11．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。
12．B
【详解】
根据黑体辐射实验规律，黑体热辐射的强度与波长的关系为：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，则各种频率的辐射强度也都增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即频率较大的方向移动分析图像，只有B项符合黑体辐射实验规律，故B项正确．
故选B.
13．ACD
【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．BC
【详解】
A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，A错误．
B.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波，是一个理想模型，B正确．
C.根据黑体辐射规律可知，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正确．
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，D错误．
15．BD
【详解】
A．根据
能量与电磁波的频率成正比，A错误；
B．由普朗克能量子假说可知，带电微粒只能辐射或吸收整数个能量子，该能量只能是某一最小能量值的整数倍，B正确；
CD．根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，C错误，D正确。
故选BD。
16．不对
【详解】
黑体可以完全吸收入射的电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体同时辐射和吸收电磁波．黑体达到高温时所辐射的电磁波中强度较大的是可见光和紫外线，此时黑体是明亮的．黑体可以是发光的物体，本身可以有较强的辐射，看上去并不一定是黑色的，也可能看上去很明亮，例如炼钢炉上的小孔。
17．量子通信的理论基础来源于德国物理学家的能量量子化假设。该假设提出的背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律。
【详解】
根据物理学史可知，量子通信的理论基础来源于德国物理学家的能量量子化假设；该假设提出的背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律。
18．（1）； 240m（2）见解析
【详解】
（1）的光子能量为
因每秒到达底片的光子数为
个个
如光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间隔是
两相邻光子间平均距离为
．
（2）由（1）的计算结果可知，两光子间距有240m，而箱子长只有1.2m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动．这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达概率较大的区域，而暗区是光子到达概率较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点．
19．个
【详解】
设想有一个以太阳中心为球心，以太阳到地球表面距离（近似等于太阳到地球的距离R）为半径的大球，这个大球面上单位面枳每秒接收到辐射的功率为：
（式中P为太阳的辐射功率）
则地球表面上的面积每秒接收到的能量：
设地球表面上的面积每秒接收到的光子数为n，由于光子的能量为，则：
个．
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