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．通过研究黑体辐射提出能量子概念的科学家是（　　）
A．维恩 B．瑞利 C．普朗克 D．爱因斯坦
2．国际单位制（缩写SI）定义了米（m）、秒（s）等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。例如，由m和s可以导出速度单位m·s-1.历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。1967年用铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率Δν=9 192 631 770 Hz定义s；1983年用真空中的光速c=299 792 458 m·s-1定义m。2018年第26届国际计量大会决定，7个基本单位全部用基本物理常量来定义（对应关系如图，例如，s对应Δν，m对应c）。新SI自2019年5月20日（国际计量日）正式实施，这将对科学和技术发展产生深远影响。下列选项不正确的是（　　）
A．7个基本单位全部用物理常量定义，保证了基本单位的稳定性
B．用铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率定义s，辐射9 192 631 770个周期的持续时间为1 s
C．用真空中的光速c（m·s-1）定义m，因为长度l与速度v存在l=vt，而s已定义
D．因为普朗克常量h（J·s）的单位中没有kg，所以无法用它来定义质量单位
3．把“能量子”概念引入物理学的物理学家是（ ）
A．托马斯·杨 B．麦克斯韦 C．普朗克 D．赫兹
4．许多科学家通过艰苦的实验来探究自然的物理规律，在物理学发展中为人类的科学事业做出了巨大贡献，值得我们敬仰。下列描述中不符合物理学史实的是（　　）
A．奥斯特发现的电流的磁效应，证实电现象与磁现象是有联系的
B．法拉第发现电磁感应现象，用“力线”形象地描述了电磁场
C．安培的能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破
D．英国物理学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论
5．关于物理学史，下列说法错误的是
A．伽利略通过斜面实验推断出自由落体运动的速度随时间均匀变化，他开创了研究自然规律的科学方法，这就是将数学推导和科学实验相结合的方法
B．牛顿在伽利略笛卡儿、开普勒等人研究的基础上，采用归纳与演绎综合与分析的方法，总结出了普遍适用的力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律
C．奥斯特发现了导线附近小磁针的偏转，从而得出电流的磁效应，首次揭示了电流能够产生磁场
D．爱因斯坦首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子
6．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
7．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )
A．温度 B．材料 C．表面状况 D．以上都正确
8．热辐射是指所有物体在一定的热辐射的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是 指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量.在研究某一 黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体强度与波长的关系如图.图中横轴λ表示电磁波的 波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同 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总能量随温度升高而减小
C．辐射强度的极大值随温度升高而向长波方向移动
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
9．2019年北京时间4月10日21时，人类历史上首张黑洞照片被正式披露，引起世界轰动．黑洞是一类特殊的天体，质量极大，引力极强，在它附近（黑洞视界）范围内，连光也不能逃逸，并伴随很多新奇的物理现象．传统上认为，黑洞“有进无出”，任何东西都不能从黑洞视界里逃逸出来．但霍金、贝肯斯坦等人经过理论分析，认为黑洞也在向外发出热辐射，此即著名的“霍金辐射”，因此可以定义一个“黑洞温度”T：常量，c为真空中的光速，G为万有引力常量，M为黑洞质量，k是一个有重要物理意义的常量，叫做“玻尔兹曼常量”．以下几个选项，不能用来表示“玻尔兹曼常量”单位的是：
A． B． C．J·K-1 D．
10．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
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．下列说法正确的是（　　）
A．核反应前后质量并不守恒
B．爱因斯坦在研究光电效应现象时提出了能量子假说
C．用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这束绿光的强度减为原来的一半，则没有光电子飞出
D．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
13．2016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
14．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
15．关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的
C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加
D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
二、填空题
16．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的______有关，所以叫热辐射。
17．热辐射∶
（1）定义∶一切物体都在辐射____，这种辐射与物体的____有关，所以叫作热辐射。
（2）特点∶物体在热辐射中随温度的升高，辐射的_______的电磁波的成分越来越大。
18．黑体∶
（1）定义∶某种物体能够____吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作____。
（2）黑体辐射的特点∶黑体辐射电磁波的强度按____的分布只与黑体的____有关。
三、解答题
19．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
20．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？
21．某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？
(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。
22．“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ=0.35um的紫外激光，已知普朗克常量h=6.63×10-34J.s，则该紫外激光所含光子数为多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
通过研究黑体辐射提出能量子概念的科学家是普朗克，维恩和瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式，爱因斯坦最重要的贡献之一是相对论的提出，故选C。
2．D
【详解】
A．为了保证了基本单位的稳定性，基本单位全部采用物理常量定义，故A正确；
B．用铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率定义s，辐射9 192 631 770个周期的持续时间为1 s，B正确；
C．真空中光速恒定，而时间单位已确定，因此可以利用速度公式确定长度，故C正确；
D．因为
而m、s等已经定义了，故可以用普朗克常量h（J·s）定义质量单位kg，故D错误。
本题选择不正确的，故选D。
3．C
【详解】
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。
故选C。
4．C
【详解】
A．奥斯特发现的电流的磁效应，证实电现象与磁现象是有联系的。故A正确，与题意不符；
B．法拉第发现电磁感应现象，用“力线”形象地描述了电磁场。故B正确，与题意不符；
C．普朗克的能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。故C错误，与题意相符；
D．英国物理学家麦克斯韦建立了经典电磁场理论。故D正确，与题意不符。
故选C。
5．D
【详解】
伽利略通过斜面实验推断出自由落体运动的速度随时间均匀变化，他开创了研究自然规律的科学方法，这就是将数学推导和科学实验相结合的方法，选项A正确；牛顿在伽利略笛卡儿、开普勒等人研究的基础上，采用归纳与演绎综合与分析的方法，总结出了普遍适用的力学运动规律……牛顿运动定律和万有引力定律，选项B正确； 奥斯特发现了导线附近小磁针的偏转，从而得出电流的磁效应，首次揭示了电流能够产生磁场，选项C正确；普朗克首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
6．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。
7．A
【详解】
一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但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，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A正确，BCD错误。
故选A。
8．D
【详解】
由辐射强度图线可知，向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度随温度的变化而不同，选项A错误；向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增大，选项B错误；由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，选项C错误，D正确．
9．A
【详解】
由可得，则k的单位是：，则不能用来表示“玻尔兹曼常量”单位的是A，故选A.
10．B
【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。
11．C
【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．A
【详解】
A．由于存在质量亏损，所以核反应前后质量并不守恒，A正确；
B．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，B错误；
C．用一束绿光照射某金属，现把这束绿光的强度减为原来的一半，因为频率不变，所以仍能发生光电效应有光电子飞出，C错误；
D．在光电效应现象中，根据光电效应方程
可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但非成正比关系，D错误。
故选A。
13．D
【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。
14．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。
15．C
【详解】
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，也与材料的种类及表面情况有关，A错误；
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，看不见的，B错误；
C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加，C正确；
D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误。
故选C。
16．温度
【详解】
略
17． 电磁波 温度 较短波长
【详解】
（1）[1] [2]根据热辐射的定义可知，一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
（2）[3]热辐射的特点是物体在热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越大。
18． 完全 黑体 波长 温度
【详解】
（1）[1][2]某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
（2）[3][4] 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。
19．，
【详解】
由光子的能量值
该光子的频率为
该光的波长为
20．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。
21．(1)9.4×1030个；(2)3.76×1023个，4×10－4 W
【详解】
(1)每个能量子的能量
则每秒电台发射上述波长能量子数
个
(2)设球状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积
S＝4πR2
而球状天线的有效接收面积
S′＝πr2
所以
个
接收功率
22．4.23×1021（个）
【详解】
一个紫外激光光子的能量，则该紫外激光所含光子数（个）.
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