13.5能量量子化 同步练习（Word版含解析）

人教版必修第三册 13.5 能量量子化
一、单选题
1．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．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
C．黑体辐射强度的极大值跟温度无关
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关
2．以下说法符合物理学史的是（　　）
A．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性
B．为了解释黑体辐射规律，康普顿提出了电磁辐射的能量是量子化的
C．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构
D．普朗克将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
3．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
4．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
5．两束可见光的波长分别为和，其中．则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为和的光所对应的物理量）（ ）
A．这两束光的光子的动量
B．这两束光的光子的能量
C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压
D．这两束光均能使某金属发生光电效应，逸出光电子的最大初动能之比
6．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
7．关于电磁场、电磁波下列说法正确的是（　　）
A．变化的磁场一定能产生变化的电场
B．红外线测温仪根据人体发射的红外线强弱判断体温的高低
C．观察者接近频率恒定的波源时，接收到波的频率比波源的频率小
D．黑体会吸收任何射向它的电磁波，而不向外辐射电磁波
8．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
9．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
10．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
11．由于内部发生激烈的热核聚变，太阳每时都在向各个方向产生电磁辐射，若忽略大气的影响，在地球上垂直于太阳光的每平方米的截面上，每秒钟接收到的这种电磁辐射的总能量约为1.4×103J。已知：日地间的距离R=1.5×1011m，普朗克常量h=6.6×10﹣34J s。假如把这种电磁辐射均看成由波长为0.55μm的光子组成的，那么，由此估算太阳每秒钟向外辐射的光子总数的数量级约为（　　）
A．1045 B．1041 C．1035 D．1030
12．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）
A．波长变长，速度变小，光量子能量变小
B．波长变短，速度变大，光量子能量变大
C．波长变长，速度变大，光量子能量不变
D．波长变短，速度变小，光量子能量不变
13．据报道：截止2020年12月我国5G基站建设累积71.8万个，已建成全球最大5G网络，中国将进入全面5G时代，开启了万物互联时代：车联网、物联网，智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一元变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用3300-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880-2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。关于5G信号与4G信号下列说法正确的是（　　）
A．5G信号和4G信号都具有偏振现象
B．5G信号和4G信号有可能是纵波
C．5G信号相比4G信号光子能量更小
D．5G信号相比4G信号在真空中的传播速度更小
14．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
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．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波( )
17．只有温度高的物体才会有热辐射( )
18．（1）能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( )
（2）温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。( )
（3）微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。( )
（4）能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。( )
（5）光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。( )
（6）热辐射电磁波的强度按波长的分布只与物体的温度有关。( )
三、解答题
19．晴朗的夜空繁星闪烁（如图），有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高么？说出你的道理。
20．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
21．一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？
22．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．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．一切物体都在辐射电磁波，故A正确；
B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，故B正确；
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，故C错误；
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关，故D正确。
故选C。
2．A
【详解】
A． 德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性。故A正确；
B．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了电磁辐射的能量是量子化的。故B错误；
C． 卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构。故C错误；
D．玻尔量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征。故D错误。
故选A。
3．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。
4．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。
5．B
【详解】
A．由光子的动量，可知，故A错误；
B．由可知，两种光子的频率关系为，根据可得光子的能量，故B正确；
C．两束光都能使某种金属发生光电效应，由光电效应方程，可知频率越大的光对应的光电子的最大初动能越大，又由，可知最大初动能越大，遏止电压越大，所以遏止电压，故C错误；
D．根据光电效应方程，和可知，
故D错误。
故选B。
6．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。
7．B
【详解】
A．均匀变化的磁场将产生恒定的电场，A错误；
B．红外线测温仪根据人体发射的红外线强弱判断体温的高低，B正确；
C．观察者接近频率恒定的波源时，根据多普勒效应，接收到波的频率比波源的频率大，C错误；
D．黑体会吸收任何射向它的电磁波，也向外辐射电磁波，D错误。
故选B。
8．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。
9．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。
10．B
【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。
11．A
【详解】
设地面上lm2的面积上每秒接受的光子数为n，则有
pt=nh
代入数据解得
n=3.87×1021个/m2.
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N=n4πR2=3.87×1021×4×3.14×（1.5×1011）2≈1×1045
故A正确，BCD错误。
12．D
【详解】
因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率
可知，光的速度变小，波长变短，ABC错误，D正确。
故选D。
13．A
【详解】
AB．5G信号和4G信号都是电磁波。由于电磁波是横波，都具有偏振现象，故A正确，B错误；
C．由
可知5G信号相比4G信号光子能量大，故C错误；
D．5G信号和4G信号在真空的的传播速度都为光速，故D错误。
故选A。
14．B
【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。
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．错误
【详解】
[1]．物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故原题说法错误。
17．错误
【详解】
[1]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，故此说法错误。
18． 正确 正确 正确 正确 错误 错误
【详解】
（1）[1]根据定义可知，黑体是一个理想化了的物体，它能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体，故正确；
（2）[2]根据黑体辐射电磁波的性质可知，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，温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大，故正确；
（3）[3]根据微观粒子的能量的特征可知，在微观世界中能量是量子化的，其能量只能是能量子的整数倍，故正确；
（4）[4]根据能量子的性质可知，能量子的能量是不连续的，而只能取一些分立的值，其大小与电磁波的频率成正比，故正确；
（5）[5]研究匀速运动的小球的动能是宏观层面考虑，大小为
因为小球的质量与速度可取任意实数，所以动能大小是连续的，不是量子化的，故错误；
（6）[6]黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与物体的温度有关，故错误。
19．蓝星，理由见解析
【详解】
根据光子能量公式可知，光子频率越大，能量越高，蓝色比红色频率高，所以蓝星表面温度高。
20．，
【详解】
能量子与频率的关系为
解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
21．
【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
22．（1）个 （2）
【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
答案第1页，共2页
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