6.5量子化现象同步练习 （word版含答案）

粤教版（2019）必修三 6.5 量子化现象 同步练习
一、单选题
1．首先发现中子的是（　　）
A．查德威克 B．普朗克 C．爱因斯坦 D．贝可勒东
2．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
3．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射强度与波长有关，温度升高，各种波长的辐射都有增加，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性
C．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
D．光波是一种概率波。光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的，这是光子自身的固有性质
4．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
5．下列说法正确的是（　　）
A．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物
B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
6．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，如图所示为黑体辐射的实验规律图，下列说法正确的是（　　）
A．黑体热辐射的强度与波长无关
B．黑体热辐射只能是高温下才能进行，低温下不辐射
C．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D．从图象看出随着温度的升高，各种波长的辐射强度是先增加后减小
7．下列说法正确的是（　　）
A．变化的电场会产生磁场
B．微观粒子的能量变化是连续的
C．只有温度高的物体才会有热辐射
D．在真空中，红外线比紫外线传播速度快
8．为了将SI单位中的7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，2018年11月16日，第26届国际计量大会通过投票，自2019年5月20日起，千克将基于普朗克常数定义，即。由所学知识，可以推断出a、b的数值分别为（　　）
A． B． C． D．
9．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
10．我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G相比，5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比，5G使用的电磁波（　　）
A．波长更长 B．能量子的能量更小
C．能量子的能量更大 D．传播速度更快
11．根据物理公式可以得出单位关系或物理量的单位，下列说法正确的是（　　）
A．电场强度的单位为V/C B．功率的单位为或
C．普朗克常量h的单位为 D．力的单位为
12．一些重大物理现象和物理理论的发现常常同基本物理常量的发现和准确测定密切相关，在国际单位制中，下列物理常量的单位正确的是（　　）
A．普朗克常量h J·s
B．万有引力常量G N·m/kg2
C．劲度系数k kg·m2/s2
D．动摩擦因数μ N/kg
13．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
14．有人设想在进行宇宙探测时，给探测器安上反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。已知某探测器在轨道上运行，阳光恰好垂直照射在薄膜上，薄膜面积为S，每秒每平方米面积照射到的太阳光能为E，若探测器总质量为M，光速为c，则探测器获得的加速度大小的表达式是（　　）
A． B． C． D．
15．下列物理常量和单位对应关系正确的是（　　）
A．引力常量
B．静电力常量
C．元电荷
D．普朗克常量
二、填空题
16．2006年诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体辐射形式和各向异性，这一发现为有关宇宙起源的____________理论提供了进一步的支持，使宇宙学进入了“精确研究”时代。
17．17世纪，荷兰物理学家__________提出了光的波动说，但由于__________支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的__________、__________现象，波动说才得到了公认，后来又发现了__________，证实光具有粒子性，因而光具有__________．
18．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长______的方向移动。
19．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( )
三、解答题
20．静止的钍(Th)核发生β衰变时放出一个β粒子而变成一个镤(Pa)核，同时产生了一个能量为ε的中微子．已知真空中光速为C，普朗克常量为h．求：
①该中微子的频率； ②衰变后β粒子和镤核的合动量的大小．
21．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
22．处于自然状态的物体会不断地向外辐射电磁波，同时也会吸收由其他物体辐射来的电磁波，当辐射和吸收达到平衡时，物体的温度保持不变。如果某物体能完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就称为黑体。黑体也会同时向外辐射电磁波，已知单位时间内从黑体表面单位面积辐射出电磁波的能量I与黑体表面热力学温度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ为已知常量。
（1）若将火星看成表面温度相同的球形黑体，火星的半径为r，火星中心到太阳中心的距离为L，且L远远大于r，所以火星接收到来自太阳的辐射可视为垂直射到面积为πr2的圆面上。已知太阳向外辐射电磁波的总功率为P1。火星大气层对太阳辐射的吸收和反射、太阳辐射在传播过程中的能量损失，以及其他天体和宇宙空间的辐射均可忽略不计。
① 求在火星表面垂直于太阳和火星连线的单位面积接收到的来自太阳辐射的功率P0；
② 设火星向四面八方各个方向均匀辐射，请写出当吸收和辐射达到平衡时火星表面热力学温度T火的表达式。
（2）太阳辐射电磁波的能量来源于如图甲所示的太阳中心的“核反应区”。“核反应区”产生的电磁波在向太阳表面传播的过程中，会不断被太阳的其他部分吸收，然后再辐射出频率更低的电磁波。为了研究“核反应区”的温度，某同学建立如下简化模型：如图乙所示，将“核反应区”到太阳表面的区域视为由很多个“薄球壳层”组成，第1“薄球壳层”的外表面为太阳表面；各“薄球壳层”的内、外表面都同时分别向相邻内“薄球壳层”和外“薄球壳层”均匀辐射功率相等的电磁波（第1“薄球壳层”的外表面向太空辐射电磁波，最内侧的“薄球壳层”的内表面向“核反应区”辐射电磁波），如图丙所示；“核反应区”产生的电磁波的能量依次穿过各“薄球壳层”到达太阳的表面，每个“薄球壳层”都视为黑体，且辐射和吸收电磁波的能量已达到平衡，所以各“薄球壳层”的温度均匀且恒定。
已知太阳表面热力学温度为T1，所构想的“薄球壳层”数目为N，太阳半径R1与“核反应区”的半径RN满足R1=kRN（k为已知的常数），第1“薄球壳层”的外表面向外辐射电磁波的总功率为P1。请根据该同学建立的模型和题目中给出的信息，解答下列问题。
① 求第2、第3和第N“薄球壳层”向相邻的外“薄球壳层”辐射电磁波的功率P2、P3和PN；
② 若认为“核反应区”的温度和第N“薄球壳层”的温度TN相等，请推导出“核反应区”热力学温度TN的表达式。结合所得到TN的表达式，请说明该同学的模型是否合理？若不合理，请说明理由。
23．已知小灯泡的功率，设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长的光，求在距离灯泡处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为处的光子数是多少？（已知，计算结果保留两位有效数字）
24．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。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．查德威克发现了中子，A正确；
B．普朗克首次提出了能量子的概念，B错误；
C．爱因斯坦最早认识到能量子的意义，提出光子说，C错误；
D．贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核可以再分，D错误。
故选A。
2．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。
3．C
【详解】
A．根据黑体辐射的规律可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；
C．任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故C正确；
D．波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误；
故选C。
4．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。
5．D
【详解】
A．微波炉能快速加热食物是利用了微波的频率与水的频率相接近，从而使水振动而发热的，A错误；
B．切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，B错误；
C．医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，但是 射线穿透能力最强，C错误；
D．普朗克通过研究黑体辐射，可知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，D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．黑体热辐射的强度与波长有关，故A错误；
B．任何温度下的物体都会发出一定的热辐射，B错误；
CD．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，故C正确，D错误。
故选C。
7．A
【详解】
A．根据麦克斯韦的电磁场理论分析，变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，A正确；
B．微观粒子的能量变化是跳跃的，不连续的，B错误；
C．自然界的任何物体都会向外辐射红外线，温度越高，辐射电磁波的本领越强，C错误；
D．在真空中，不同频率的光光速都是一样的，只有在介质中才会色散，D错误。
故选A。
8．B
【详解】
由
可知
其中能量E的单位是焦耳，，频率的单位是赫兹，，可得
ACD错误，B正确。
故选B。
9．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。
10．C
【详解】
A．由题知与4G相比，5G具有“通信使用的电磁波频率更高”，已知电磁波的波长与频率的关系为
由此可知频率越高波长越短，则与4G相比，5G使用的电磁波波长更短，A错误；
BC．已知能量子的能量为
由题知与4G相比，5G具有“通信使用的电磁波频率更高”，则与4G相比，5G使用的电磁波能量子的能量更大，C正确；
D．电磁波的传播速度与光速相等，在自由空间中，为c=3×108m/s，D错误。
故选C。
11．B
【详解】
A．由，可知电场强度的单位为N/C或V/m，A错误；
B．由、可知功率的单位等于或，B正确；
C．由，可得，则h的单位为J/Hz或，C错误；
D．由可知力的单位为，D错误。
故选B。
12．A
【详解】
A．普朗克常量h的单位是J·s，故A正确；
B．万有引力常量G的单位是，故B错误；
C．劲度系数k的单位是，故C错误；
D．动摩擦因数μ没有单位，故D错误。
故选A。
13．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。
14．A
【详解】
光子垂直照射后全部反射，每秒在薄膜上产生的总能量为，结合单个光子的能量
则个光子的总能量为
解得
结合单个光子的动量
则光子的总动量变化量大小为
以光子为研究对象，应用动量定理
式中，解得
根据牛顿第三定律，光子对探测器的作用力大小为
根据牛顿第二定律
解得
故选A。
15．D
【详解】
A．由
得G的单位是，A错误；
B．由
得k的单位是，B错误；
C．元电荷e的单位是电荷量的单位C，C错误；
D由
得h的单位是，即，D正确。
故选D。
16．大爆炸
略
17． 惠更斯 牛顿 干涉 衍射 光电效应 波粒二象性
【详解】
[1][2][3][4][5][6]17世纪，荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动说，但由于牛顿支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的干涉、衍射现象，波动说才得到了公认，后来又发现了光电效应，证实光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。
18．较短
略
19．正确
【详解】
黑体看上去不一定是黑色的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色的，有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来很明亮，故此说法正确。
20．① ②
【详解】
①根据
得
② 设粒子和镤核的合动量为P1，中微子的动量P2，根据动量守恒
P1+P2=0
由 得
所以粒子和镤核的合动量大小为 　
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）①；②T火=；（2）①2P1，3P1，NP1；②见解析
【详解】
（1）①在以太阳为中心L为半径的球面上，单位面积接收到的太阳辐射的功率为
这就是在火星表面垂直于太阳和火星连线上单位面积接收到的来自太阳辐射的功率。
②火星接收到的来自太阳的电磁辐射总功率
P火=
火星吸收太阳的电磁波的能量与自身辐射电磁波的能量达到平衡时有
P火=
根据题意有
I=σT火4
联立以上3式，解得
T火=
（2）①根据题意，当辐射和吸收电磁波的能量达到平衡时
对于第一层有
P2=2P1
对于第二层有
2P2= P3+P1
所以
P3=3P1
对于第三层有
2P3= P4+P2
所以
P4=4P1
由此可推知
PN=NP1
② 太阳表面单位时间内向外辐射的总功率为P1，则在太阳表面
同理，对于第N薄球壳层应有
联立以上两式得
这个模型不太合理。薄球壳的层数没有确定，而根据表达式，分的薄球壳层数越多，核反应层温度越高，当N趋近无穷大时，温度趋近于无穷高。但实际核反应层的温度应该是一个有限值。
23．个
【详解】
每个光子
每秒发射光子数个

解得：个
24．（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
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页