5.4初识光量子与量子世界 练习（word版含答案）

鲁科版 （2019）必修第三册 5.4 初识光量子与量子世界
一、单选题
1．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
2．关于黑体辐射的实验规律不正确的有
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
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
C．能正确解释黑体辐射实验规律的是普朗克提出的能量量子化理论
D．对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是温度、材料、表面状况
3．下列说法正确的是（　　）
A．奥斯特发现了电磁感应的规律
B．赫兹预言了电磁波的存在并发现了电磁波
C．普朗克认为电磁波的能量是不连续的，把每一份能量称为能量子
D．紫外线的主要作用是热效应
4．下列说法错误的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
B．无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、射线的波长依次减小
C．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量为
D．通电直导线中电流的方向总是与其产生的磁场的方向垂直
5．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是（ ）
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
6．实际物体是具有多重属性的，但是，当针对某种目的，从某种角度对某一物体进行研究时，有许多对研究问题没有直接关系的属性和作用却可以忽略不计。物理学上为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体就是理想模型。下列不属于理想模型的是（　　）
A．质点 B．元电荷 C．点电荷 D．黑体
7．2020年12月我国科学家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。关于量子，下列说法正确的是（　　）
A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位
C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子
8．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体。如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体。这是利用了（　　）
A．控制变量法 B．类比法
C．比值法 D．理想化方法
9．于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是（ ）
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
C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍
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
10．普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是（　　）
A．6.02×10-23 mol B．6.625×10-3 mol·s
C．6.626×10-34 J·s D．1.38×10-16 mol·s
11．影响黑体辐射强度的因素是（　　）
A．只有温度 B．只有波长
C．与波长和温度都有关 D．与波长和温度都无关
12．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是（　　）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都减弱
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
13．黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断错误的是（　　）
A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B．在同一温度下，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
C．温度越高，辐射强度的极大值就越大
D．温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
14．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
15．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．
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．表达式：ε＝______。其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．h称为______。h＝6.62607015×10－34J·s。
18．黑体：某种物体能够______入射的各种波长的电磁波而不发生______，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
19．判断下列说法的正误。
（1）黑体不一定是黑色的物体。( )
（2）能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫绝对黑体。( )
（3）温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。( )
（4）黑体是不存在的，是理想模型。( )
（5）微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。( )
（6）能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。( )
三、解答题
20．某广播电台的发射功率为25kW，发射的是在空气中波长为187.5m的电磁波，则：（普朗克常量，光速）
（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2.5km处，直径为2m的球状天线每秒接收的能量子数以及接收功率。
21．20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？
22．在一杯开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的。根据能量量子化理论，开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
23．1900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？
24．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s)
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
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。
2．D
【详解】
A．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。故A正确；
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；
C．能正确解释黑体辐射实验规律的是普朗克提出的能量量子化理论。故C正确；
D．对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是温度，与材料、表面状况无关。故D错误。
本题选错的，故选D。
3．C
【详解】
A．法拉第发现了电磁感应的规律，选项A错误；
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹发现了电磁波，选项B错误；
C．普朗克认为电磁波的能量是不连续的，把每一份能量称为能量子，选项C正确；
D．红外线的主要作用是热效应，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．根据黑体辐射实验的规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，故A正确；
B．电磁波谱按照波长从长到短排列顺序为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线，故B错误；
C．根据爱因斯坦的光子说，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量为
故C正确；
D．根据右手螺旋定则可知，通电直导线中电流的方向总是与其产生的磁场的方向垂直，故D正确。
由于本题选择错误的，故选B。
5．C
【详解】
根据热辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，故C正确。
故选C。
6．B
【详解】
物理学上为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体就是理想模型，如质点、点电荷、黑体，但是元电荷是一种电荷单位，所以B错误，符合题意；ACD正确，不符合题意；
故选B。
7．C
【详解】
量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。
故选C。
8．D
【详解】
黑体实际上是物体模型，把实际物体近似看作黑体，用到的是理想化方法，ABC错误，D正确。
故选D。
9．A
【详解】
A．一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，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，B正确；
C．根据量子化的理论，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，C正确；
D．根据量子化的理论，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正确。
故选A。
10．C
【详解】
普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10-34 ，单位为J·s，故C正确，ABD错误。
故选C。
11．C
【详解】
黑体辐射与波长和温度都有关系，故C正确，ABD错误。
故选C。
12．D
【详解】
黑体辐射的规律，随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。所以ABC正确，不符合题意；D错误，符合题意；
故选D。
13．A
【详解】
AB．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，选项A错误，B正确；
C．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，则辐射强度的极大值也就越大，选项C正确；
D．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，选项D正确。
本题选错误的，故选A。
14．B
【详解】
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。
15．A
【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。
16．电磁波
【详解】
略
17． hν 普朗克常量
略
18． 完全吸收 反射
略
19． 正确 正确 正确 正确 正确 正确
【详解】
（1）[1]黑体是一个理想化了的物体，它能吸收外来全部的电磁波辐射，并不会由任何的反射，黑体不一定是黑色的物体。故正确；
（2）[2]黑体是任何物体进入后都不能出来的物体（包括光），能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。故正确；
（3）[3]温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。故正确；
（4）[4]黑体是任何物体进入后都不能出来的物体（包括光），黑体不是一种客观存在的物质，是理想模型。故正确；
（5）[5]微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。故正确；
（6）[6]，能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。故正确。
20．（1）；（2）
【详解】
（1）每份能量子的能量为
电台每秒发射的能量子数为
解得
（2）以电台天线为球心，半径为的球面积为
直径为2m的球状天线接收能量子的有效面积为
设球状天线每秒接收的能量子数为，则有
球状天线每秒接收的能量子的接收功率为
解得
21．（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．
22．见解析
【详解】
开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1℃的能量很大（宏观量）。在宏观世界里观察不到能量量子化的效应，可以认为能量是连续的。所以，观察到的温度计的温度不是一段一段地降低的，可以认为开水的温度是连续变化的。
23．两朵乌云指：一是光的运动问题，二是能量辐射的问题
【详解】
两朵乌云指：一是光的运动问题，二是能量辐射的问题。
24．36℃，2.12×10 - 22J
【详解】
人体表面的温度为
T ==K ≈ 309K≈36℃
人体辐射的能量子的值为
ε = h= 6.63×10 - 34×J = 2.12×10 - 22J
答案第1页，共2页
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