人教版必修第三册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．能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（　　）
A．库仑 B．普朗克
C．密立根 D．爱因斯坦
3．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
4．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
5．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
6．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为，已知可见光的平均波长约为，普朗克常量为，则进人人眼的光子数至少为（　　）
A．个 B．个 C．个 D．个
7．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
8．一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长，在距电灯远处，以电灯为球心的球面上，的面积每秒通过的能量子数约为（ ）
A．个 B．个
C．个 D．个
9．太阳帆航天器是一种利用太阳光进行太空飞行的航天器。在没有空气的宇宙中，太阳光光子会连续撞击太阳帆并以原速率反射，使太阳帆获得的动量缓慢增加，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很大、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，探测器和太阳帆及航天器的总质量为m，太阳帆的面积为S，此时探测器的加速度大小为（　　）
A． B． C． D．
10．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
11．下列说法正确的是（ ）
A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的
C．在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值
D．在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
12．氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。氦离子的能级图如图所示，根据玻尔能级跃迁理论，下列说法正确的是（　　）
A．一个处在能级的氦离子向低能级跃迁时，最多能发出6种不同频率的光子
B．一群处在能级的氦离子向低能级跃迁时，最多能发出2种不同频率的光子
C．氦离子从能级跃迁到能级，电子的动能减小，电势能增大
D．氦离子处于能级时，能吸收的光子能量而发生电离
13．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中T1>T2
B．图乙中T1C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
14．科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位面积接收的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为100%，光子动量．设太阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为m，则飞船加速度的表达式为（ ）
A． B． C． D．
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．第一个在理论上预言电磁波存在并指出光是一种电磁波的科学家是_____________；提出物质波假说的科学家是____________；第一个提出量子概念的科学家是________________。
17．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。
18．原子光谱∶由于原子的_____是分立的，所以放出的光子的_____也是分立的，因此原子的_______只有一些分立的亮线。
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？
20．一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？
21．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？
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．B
【详解】
能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克。
故选B。
3．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。
4．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。
5．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。
6．B
【详解】
每个光子的能量为
能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为
由
得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少
个个
ACD错误，B正确。
故选B。
7．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。
8．A
【详解】
光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W灯泡每秒产生光能，设灯泡每秒发出的能量子数为n，则能量为
在以电灯为球心的球面上，的面积每秒通过的能量子数
个个
故A正确。
故选A。
9．C
【详解】
每秒光照射到帆面上的能量
光子的平均能量
光子的频率
每秒射到帆面上的光子数
联立解得
每个光子的动量
光射到帆面被反弹，由动量定理得
对飞船，由牛顿第二定律得
联立解得
故选C。
10．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。
11．C
【详解】
A．一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况等因素有关，故A错误；
B．黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；
C．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；
D．根据黑体辐射实验规律可知，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D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．一个处在能级的氦离子向低能级跃迁时，最多能发出3种不同频率的光子, 一群处在能级的氦离子向低能级跃迁时，最多能发出种不同频率的光子，故A错误；
B．一群处在能级的氦离子向低能级跃迁时，最多能发出种不同频率的光子，故B错误；
C．由
可得氦离子从能级跃迁到能级，电子的速度增大，电子动能增大，电场力对电子做正功，电势能减小，故C错误；
D．由图可得氦离子处于能级时，电子能量为，能吸收的光子能量而发生电离，故D正确。
故选D。
13．D
【详解】
AC．由图甲可知，温度为T2的图线中速率大分子占据的比例较大，则说明其对应的平均动能较大，故T2对应的温度较高，T1＜T2；温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定每一个气体分子的速率都增大，故AC错误；
BD．由图乙可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，则T1>T2，故B错误，D正确。
故选D。
14．D
【详解】
时间内太阳帆板接收的光子数为
这些光子的总动量大小
反射后光子的总动量大小
则飞船所受力
联立得
由牛顿第二定律得
故D正确。
故选D。
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． 麦克斯韦 德布罗意 普朗克
【详解】
第一个在理论上预言电磁波存在并指出光是一种电磁波的科学家是麦克斯韦；提出物质波假说的科学家是德布罗意；第一个提出量子概念的科学家是普朗克。
17．温度
【详解】
略
18． 能级 能量 发射光谱
【详解】
[1] [2] [3]根据原子光谱的特征可知，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
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．
【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
21．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。
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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