13.5能量量子化（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．在物理学发展的过程中，许多科学家作出了突出贡献，下列说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦提出了能量子假说
B．麦克斯韦最早提出用电场线描述电场
C．赫兹最早用实验证实了电磁波的存在
D．法拉第发现了电流的磁效应
2．对黑体辐射的研究中，我们发现，物质吸收或发射能量是不连续的，于是提出能量量子化的理论，那么这位科学家是（　　）
A．牛顿 B．开普勒 C．普朗克 D．阿基米德
3．“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（　　）
A．I增大，增大 B．I增大，减小
C．I减小，增大 D．I减小，减小
4．下列说法正确的是（　　）
A．伽利略通过“理想实验”得出“力是维持物体运动的原因”
B．爱因斯坦首先提出“能量子”假说
C．牛顿发现万有引力定律的同时测出了引力常量
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度以及能量的概念
5．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
6．下列有关说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
B．玻尔最早认识到了能量子的意义，提出光子说，并成功地解释了光电效应
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
7．2019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．
8．2018年11月16日，第26届国际度量衡大会上，经过60个成员国代表投票表决，重新定义了千克．新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体．其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是 ( )
A．J·s B．kg·m2/s C．kg·m2·s3 D．J/s
9．以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是 （　　）
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现红色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
10．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
11．下列有关黑体和黑体辐射的说法错误的是（　　）
A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光）
C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
12．如图所示为氢原子的能级图，n＝1的能级是最低能级，原子在从高能级向低能级跃迁的时候会发出光子，且发出的光子的能量等于前后两个能级之差。当氢原子发生下列能级跃迁时，辐射光子波长最短的是（ ）
A．从n＝6跃迁到n＝4 B．从n＝5跃迁到n＝3
C．从n＝4跃迁到n＝2 D．从n＝3跃迁到n＝1
13．下列说法中正确的是（　　）
A．普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说
B．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越大
C．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短
14．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
15．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
二、填空题
16．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的______而不发生反射。
17．在__________提出的量子说启发下，_________提出了光子说，光子的能量_________，其中h称为普朗克常量，___________．
18．热辐射
（1）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。
（2）特点：温度升高时，热辐射中波长较___________的成分越来越强。
（3）黑体：能够完全吸收入射的各种波长的___________而不发生反射。
三、解答题
19．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？
20．请思考：量子论关于能量的观点与经典物理学的观点有什么不同？请结合图，与同学们交流体会。
21．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
22．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10－11 s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W。
(1)每列光脉冲的长度是多少？
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑，每1 cm2吸收能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一颗色斑的面积是50 mm2，则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．普朗克提出了能量子假说，故A错误；
B．法拉第最早提出用电场线描述电场，故B错误；
C．麦克斯韦提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，赫兹最早用实验证实了电磁波的存在，故C正确；
D．奥斯特相信电和磁之间可能存在着某种联系。他首先发现了电流的磁效应，突破了人们对电与磁认识的局限性，故D错误；
故选C。
2．C
【详解】
普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故选C。
3．B
【详解】
黑体辐射的实验规律如图
特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。
故选B。
4．D
【详解】
A．伽利略通过“理想实验”得出“力不是维持物体运动的原因”，选项A错误；
B．普朗克首先提出“能量子”假说，选项B错误；
C．牛顿发现万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量，选项C错误；
D．伽利略首先建立了平均速度、瞬时速度、加速度以及能量的概念，选项D正确。
故选D。
5．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。
6．C
【详解】
A．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故A错误；
B．爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，为解释光电效应的实验规律提出了光子说，并成功地解释了光电效应现象，故B错误；
C．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的行射实验证实了他的猜想，故C正确；
D．德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故D错误。
故选C。
7．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.
8．B
【详解】
AD.J不是国际单位制的基本单位，故AD错误；
BC.根据E=hν解得：
则h的单位是
故B正确，C错误．
9．C
【详解】
A．物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；
B．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大；当铁块呈现黑色时，是因为它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，B错误；
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，C正确；
D．太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是因为大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。
故选C。
10．B
【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。
11．C
【详解】
A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，故A正确不符合题意；
B．根据辐射规律可知，黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光），故B正确不符合题意；
CD．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，故C错误符合题意D正确不符合题意；
故选C。
12．D
【详解】
原子在发生跃迁时，辐射的光子波长最短的，对应频率最大的，也就是能级差最大的跃迁，题中四种跃迁中：
从n＝6跃迁到n＝4，能级之差
从n＝5跃迁到n＝3，能级之差
从n＝4跃迁到n＝2，能级之差
从n＝3跃迁到n＝1，能级之差
可见，从n＝3跃迁到n＝1的能级差最大，辐射的光子波长最短，故D正确，ABC错误。
故选D。
13．A
【详解】
A．普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；
B．根据光电效应方程
可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，故B错误；
C．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，故C错误；
D．入射光子与晶体中的电子碰撞，动量变小，根据光子动量
可知其波长变长，故D错误。
故选A。
14．C
【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。
15．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。
16．电磁波
【详解】
略
17． 普朗克 爱因斯坦
【详解】
[1][2]在普朗克出的量子说启发下，爱因斯坦提出了光子说；
[3][4]光子的能量，其中h称为普朗克常量，由公式可知，其单位为。
18． 温度 短 电磁波
【详解】
（1）[1]概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。
（2）[2]特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
（3）[3]黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。
19．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。
20．量子论认为能量是一份一份的进行辐射或吸收；经典物理学认为能量是连续变化的
【详解】
量子论关于能量的观点是：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，也就是认为微粒辐射或吸收能量时只能一份一份的进行；
经典物理学中认为能量是连续变化的。
21．，
【详解】
由光子的能量值
该光子的频率为
该光的波长为
22．(1)3.0×10－3 m　(2)300个
【详解】
(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需要的时间，所以一个光脉冲的长度为
L=c t=3.0×l08×l.0×10-11m=3.0×10-3m
(2)一个光脉冲所具有的能量为
E=P t=1.0×l010×l.0×10-11J
消除面积为50mm2的色斑需要的光脉冲数是
=300（个）
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