人教版必修第三册13.5能量量子化练习（word版含答案）

人教版必修第三册 13.5 能量量子化
一、单选题
1．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为，已知可见光的平均波长约为，普朗克常量为，则进人人眼的光子数至少为（　　）
A．个 B．个 C．个 D．个
2．关于能量量子化，下列说法正确的是（　　）
A．能量子假设最早是由爱因斯坦提出来的
B．微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
C．电磁波的波长越长，其能量子越大
D．能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点
3．下列说法不正确的是（　　）
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体可以向外界辐射能量
C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射
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
4．下列说法正确的是（　　）
A．微观粒子的能量变化是连续的
B．电磁波的波长越长，其能量子的能量越高
C．英国物理学家麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个空腔就成了黑体
5．如图，一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光，则这三种单色光中（　　）
A．光子的能量
B．在真空中传播的速度的关系是
C．分别通过同一双缝干涉装置产生的条纹的间距是
D．若a光遇到某障碍物能发生明显的衍射现象，则c光遇到该障碍物不能发生衍射现象
6．科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位面积接收的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为100%，光子动量．设太阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为m，则飞船加速度的表达式为（ ）
A． B． C． D．
7．下列物理量的单位正确的是（　　）
A．电阻率 B．动摩擦因数 N/kg
C．普朗克常量h D．静电力常量k
8．2016年诺贝尔物理学奖颁发给了三位美国科学家，以表彰他们将拓扑概念应用于物理研究所做的贡献。我们知道，按导电性能不同传统材料大致可分为导体和绝缘体两类，而拓扑绝缘体性质独特，它是一种边界上导电、体内绝缘的新型量子材料。例如，在通常条件下石墨烯正常导电，但在温度极低、外加强磁场的情况下，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，此即量子霍尔效应（关于霍尔效应，可见下文注释）。在这种情况下，电流只会流经石墨烯边缘，其内部绝缘，导电过程不会发热，石墨烯变身为拓扑绝缘体。但由于产生量子霍尔效应需要极低温度和强磁场的条件，所以其低能耗的优点很难被推广应用。2012年10月，由清华大学薛其坤院士领衔的中国团队，首次在实验中发现了量子反常霍尔效应，被称为中国“诺贝尔奖级的发现”。量子反常霍尔效应不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生。这一发现使得拓扑绝缘材料在电子器件中的广泛应用成为可能。注释：霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，导体将在与磁场、电流垂直的方向上形成电势差。根据以上材料推断，下列说法正确的是（　　）
A．拓扑绝缘体导电时不具有量子化的特征
B．霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力无关
C．在量子反常霍尔效应中运动电荷不再受磁场的作用
D．若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题
9．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．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
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
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
10．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
11．关于下列物理常数，单位正确的是（　　）
A．静电常量k N·kg2/m2 B．普朗克常量h J·s
C．动摩擦因数 N/kg D．电阻率
12．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
13．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
14．太阳帆航天器是一种利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，如图所示。在没有空气的宇宙中，太阳光光子会连续撞击太阳帆，使太阳帆获得的动量逐渐增加，从而产生加速度。太阳帆飞船无需燃料，只要有阳光，就会不断获得动力加速飞行。有人设想在探测器上安装有面积极大、反射功率极高的太阳帆，并让它正对太阳。已知太阳光照射太阳帆时每平方米面积上的辐射功率为 P0，探测器和太阳帆的总质量为 m，太阳帆的面积为 s，每个光子的能量为p，此时探测器的加速度大小为（　　）
A． B． C． D．
15．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
二、填空题
16．能级跃迁∶
（1）通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是______。
（2）把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。
（3）处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时_____光子，原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之_____。
17．原子光谱∶由于原子的_____是分立的，所以放出的光子的_____也是分立的，因此原子的_______只有一些分立的亮线。
18．热辐射的原因∶物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的____会产生变化的______，从而产生电磁____。
三、解答题
19．一定功率的小灯泡发出的光向四周均匀辐射，平均波长为，在距离d处，每秒种落在垂直于光线方向、面积为S的球面上的光子数为N，普朗克常量为h，小灯泡的发光频率为多大？
20．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%．
（1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？
（2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率．
21．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）
22．医生用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
每个光子的能量为
能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为
由
得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少
个个
ACD错误，B正确。
故选B。
2．B
【解析】
【详解】
A．能量子假设最早是由普朗克提出的，故A错误；
B．微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故B正确；
C．根据
可知，电磁波的波长越长，其能量子越小，故C错误；
D．能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，而它的观点是正确的，故D错误。
故选B。
3．A
【解析】
【详解】
A．任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，故A错误；
BC．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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC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，故D正确。
故选A。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．微观粒子的能量变化是不连续的，量子化的，故A错误；
B．电磁波的波长越长，频率越小，由公式
可得其能量子的能量越低，故B错误；
C．英国物理学家赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个空腔就成了黑体，故D正确。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．由题图可看出，c光的偏折程度最大，a光的偏折程度最小，则可得c光的折射率最大，频率最大，a光的折射率最小，频率最小，即
根据光子的能量公式
可得
故A错误；
B．各种色光在真空中的传播速度都相同，均为，故B错误；
C．a光的频率最小，则波长最长，故由前面判断可得
根据双缝干涉条纹的间距公式
可判断a、b、c通过同一双缝干涉装置产生的条纹的间距是
故C正确；
D．光遇到障碍物均能发生衍射现象，只是发生明显衍射现象才需要一定的条件，故D错误；
故选C。
6．D
【解析】
【详解】
时间内太阳帆板接收的光子数为
这些光子的总动量大小
反射后光子的总动量大小
则飞船所受力
联立得
由牛顿第二定律得
故D正确。
故选D。
7．C
【解析】
【详解】
A．根据
可得
可知电阻率单位是 ，选项A错误；
B．根据
可知动摩擦因数无单位，选项B错误；
C．普朗克常量h 的单位为，选项C正确；
D．根据
可知，静电力常量k的单位是，选项D错误。
故选C。
8．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由题意知石墨烯变身为拓扑绝缘体，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，具有量子化的特征，选项A错误；
B．霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，粒子在洛伦兹力作用下，发生偏转，从而导致在与磁场、电流垂直的方向上形成电势差，所以霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力有关，选项B错误；
C．量子反常霍尔效应虽然不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生，所以运动电荷仍受磁场的作用，选项C错误；
D．由题意当电流只会流经石墨烯边缘时，其内部绝缘导电过程不会发热，即变成为拓扑绝缘体，所以若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题，选项D正确。
故选D。
9．B
【解析】
【详解】
A．一切物体都在辐射电磁波，A正确；
B．实际物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是实际物体的理想化模型，B错误；
C．黑体辐射的强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，C正确；
D．能100%的吸收入射到其表面的各种波长的电磁波，这样的物体称为黑体，D正确；
由于选择不正确的，故选B。
10．A
【解析】
【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。
11．B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由物理公式可知
k的单位是 ，A错误；
B．由物理公式
h的单位是 ，B正确；
C．动摩擦因数仅仅是一个数值，没有单位，C错误；
D．由物理公式可知
的单位是，D错误；
故选B。
12．B
【解析】
【分析】
【详解】
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。
13．B
【解析】
【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。
14．A
【解析】
【详解】
每秒光照射到帆面上的能量
E=P0s
光子的平均能量
ε=hf
光子的频率
每秒射到帆面上的光子数
联立可得
每个光子的动量
光射到帆面被反弹，由动量定理得
Ft=2Ntp
对飞船，由牛顿第二定律得
F=ma
联立解得
故A正确，BCD错误。
15．D
【解析】
【分析】
【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。
16． 最稳定 跃迁 放出 差
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]根据波尔原子理论可知，通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定；
（2）[2]由能级定义可知，把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作能级；
（3）[3] [4]处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时放出光子，原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
17． 能级 能量 发射光谱
【解析】
【分析】
【详解】
[1] [2] [3]根据原子光谱的特征可知，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
18． 振动 电磁场 辐射
【解析】
【分析】
【详解】
[1] [2] [3] 根据原理可知，热辐射的原因为物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。
19．
【解析】
【详解】
设灯泡的功率为P，距离灯泡d处单位面积的功率
根据能量守恒
联立解得
20．（1）个 （2）
【解析】
【详解】
(1)设地面上垂直于阳光的面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有
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，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求可见光光子数
联立得
个．
(2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光，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，则地球接收太阳光的总功率P，则有
21．个
【解析】
【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．
22．见解析
【解析】
【详解】
根据热辐射的实验规律可知，人的体温升高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道该人的体温了。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页