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．关于量子，下列说法中正确的是（　　）
A．一种高科技材料 B．研究微观世界的一个概念
C．运算速度很快的计算机 D．计算机运行的一个二进制程序
2．在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献，他们也创造出了许多物理学研究方法。下列说法中正确的是（　　）
A．元电荷、点电荷、质点都是理想化模型
B．普朗克提出能量子假说，从此把物理学带进了量子世界
C．首先把实验和逻辑推理结合起来的科学家是亚里士多德
D．库仑利用扭秤完成了对电荷间作用力的研究并测出了静电力常量
3．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
4．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
5．“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（ ）
A．普朗克常量h是一个无单位的常量
B．普朗克常量h的单位等效于
C．普朗克常量h的单位等效于
D．普朗克常量h的单位等效于
6．2016年诺贝尔物理学奖颁发给了三位美国科学家，以表彰他们将拓扑概念应用于物理研究所做的贡献。我们知道，按导电性能不同传统材料大致可分为导体和绝缘体两类，而拓扑绝缘体性质独特，它是一种边界上导电、体内绝缘的新型量子材料。例如，在通常条件下石墨烯正常导电，但在温度极低、外加强磁场的情况下，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，此即量子霍尔效应（关于霍尔效应，可见下文注释）。在这种情况下，电流只会流经石墨烯边缘，其内部绝缘，导电过程不会发热，石墨烯变身为拓扑绝缘体。但由于产生量子霍尔效应需要极低温度和强磁场的条件，所以其低能耗的优点很难被推广应用。2012年10月，由清华大学薛其坤院士领衔的中国团队，首次在实验中发现了量子反常霍尔效应，被称为中国“诺贝尔奖级的发现”。量子反常霍尔效应不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生。这一发现使得拓扑绝缘材料在电子器件中的广泛应用成为可能。注释：霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，导体将在与磁场、电流垂直的方向上形成电势差。根据以上材料推断，下列说法正确的是（　　）
A．拓扑绝缘体导电时不具有量子化的特征
B．霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力无关
C．在量子反常霍尔效应中运动电荷不再受磁场的作用
D．若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题
7．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下列有关电磁波的说法正确的是（　　）
A．微波比可见光的波长大
B．麦克斯韦证实了电磁波的存在
C．变化的电场周围一定产生电磁波
D．黑体辐射电磁波的强度与温度无关
8．下列关于物理学中的系数、常量的单位正确的是（　　）
A．动摩擦因数μ的单位是N
B．弹簧劲度系数k的单位是N·m
C．普朗克常量h的单位是J·s
D．引力常量G的单位是N·kg-/m2
9．黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是（　　）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动
C．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波
D．不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波
10．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克常量的单位是
B．电阻率的单位是
C．静电力常量的单位是
D．自感系数的单位是
11．下列关于能量、能量量子化及电磁波的说法正确的是（　　）
A．能量的耗散现象是与能量守恒定律相违背的一个特例
B．黑体虽然不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波
C．微波炉使用红外线加热食物
D．普朗克提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的
12．下列物理学的发展史，表述正确的是（　　）
A．开普勒得出的开普勒第三定律中，其中是与中心天体质量无关的恒量
B．牛顿发现的万有引力定律中，引力常量是由牛顿测得
C．库仑发现的库仑定律，并测出了电子的电量
D．普朗克提出了能量子假说中，普朗克常量的单位是J·s
13．下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．对黑体辐射的研究表明：随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动
C．核泄漏事故污染物Cs137核反应方程式为，其中x为正电子
D．一氢原子处在n=4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子
14．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （　　）
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
15．下列说法错误的是（　　）
A．当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就能够产生感应电流
B．变化的磁场产生了电场，变化的电场产生了磁场
C．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化可以是连续的
二、填空题
16．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长______的方向移动。
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．黑体只是从外界吸收能量,从不向外界辐射能量( )
19．能量的量子化：微观粒子的能量是______的，或者说微观粒子的能量是______的。
三、解答题
20．一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？
21．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。
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．
23．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：
（1）每次“点焊”视网膜的时间．
（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．
24．（1）功率为P的光源向四周发出光子，光速为c，光波的波长为，普朗克常量为h，求每秒发出的光子数．
（2）在离光源d处有一挡板挡光，设挡板对光是完全吸收的，且挡板正对光源，求光子在挡板上产生的压强．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
量子最早由普朗克于1900年提出，普朗克假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，其中每一份被他称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”，而非高科技材料、计算机或计算机的程序，故B正确，ACD错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．点电荷、质点都是理想化模型，元电荷是方便表示电荷的电量提出的一种最小单位，所以A错误；
B．普朗克提出能量子假说，从此把物理学带进了量子世界，所以B正确；
C．首先把实验和逻辑推理结合起来的科学家是伽俐，所以C错误；
D．库伦利用扭秤完成了对电荷间作用力的研究，但是静电力常量并没有测量出，在库伦的年代还没有电荷量的准确定义和数值，所以D错误；
故选B。
3．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。
4．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。
5．C
【详解】
A．根据，可得，则普朗克常量h的单位为，故A错误；
B．根据牛顿第二定律
可知，则
故B错误；
CD．根据功的定义
可知
则
故C正确，D错误；
故选C。
6．D
【详解】
A．由题意知石墨烯变身为拓扑绝缘体，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，具有量子化的特征，选项A错误；
B．霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，粒子在洛伦兹力作用下，发生偏转，从而导致在与磁场、电流垂直的方向上形成电势差，所以霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力有关，选项B错误；
C．量子反常霍尔效应虽然不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生，所以运动电荷仍受磁场的作用，选项C错误；
D．由题意当电流只会流经石墨烯边缘时，其内部绝缘导电过程不会发热，即变成为拓扑绝缘体，所以若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题，选项D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．根据电磁波谱可知，微波比可见光的波长大，选项A正确；
B．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，选项B错误；
C．均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，而稳定的磁场周围不产生电场，不会产生电磁波，选项C错误；
D．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，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
A．动摩擦因数
由于分子分母的单位都是牛顿，所以动摩擦因数没有单位，故A错误；
B．弹簧的弹力
则
力的单位是N，弹簧形变量的单位是m，所以弹簧劲度系数k的单位是N/m，故B错误；
C．根据公式
得
可得普朗克常量h的单位是J·s，故C正确；
D．根据万有引力
知F的单位是N，M和m的单位是kg，R的单位是m，推导出来引力常量的单位是,故D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确，不符合题意；
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，不符合题意；
CD．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
故选D。
10．A
【详解】
A．由光子的能量公式
可得
可知的单位为
故A正确；
B．由电阻定律
可得
则电阻率的单位是，故B错误；
C．由
可得
静电力常量的单位是，故C错误；
D．由自感电动势为
可得
自感系数的单位是
故D错误。
故选A。
11．B
【详解】
A．能量的耗散现象只是说明能量可以转移，并不违背能量守恒定律，故A错误；
B．黑体虽然不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，故B正确；
C．微波炉使用电磁波加热食物，故C错误；
D．爱因斯坦提出了光是由一个个不可分割的能量子组成的，故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
A．根据万有引力定律得
变形得
所以，是与中心天体质量有关的恒量，A错误；
B．牛顿发现的万有引力定律中，引力常量是由卡文迪许通过扭秤测得的，B错误；
C．库仑通过库仑扭秤实验发现的库仑定律，并没有测出电子的电量，C错误；
D．普朗克提出了能量子假说中，普朗克常量的单位是J·s，D正确。
故选D。
13．B
【详解】
A．光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，故A错误；
B．黑体辐射中，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故B正确；
C．根据电荷数守恒、质量数守恒可知，x的电荷数为，质量数为，所以 x为电子，故C错误；
D．一个氢原子处在n=4的能级，由较高能级跃迁到较低能级时，最多可以发出4→3、3→2和2→1三种种频率的光，故D错误。
故选B。
14．D
【详解】
由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。
故选D。
15．D
【详解】
A．根据楞次定律可知，当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就能够产生感应电流，故A不符题意；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生了电场，变化的电场产生了磁场，故B不符题意；
C．赫兹最早用实验证实光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量，故C不符题意；
D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量是不连续的，而是一份一份的辐射或吸收的，故D符合题意；
故选D。
16．较短
17．温度
【详解】
18．错误
【详解】
[1]．黑体也向外辐射电磁波，且向外辐射电磁波的强度按波长的分布与温度有关，故原题说法错误。
19． 量子化 分立
20．(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）
21．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。
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
23．（1） （2）个
【详解】
(1)已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J，根据E=Pt得，每次“点焊”视网膜的时间是
(2)设每个光子的能量为E0，则
在这段时间内发出的激光光子的数量
24．（1） （2）
【详解】
（1）单个光子的能量为
光源每秒辐射的能量为P，故每秒发出的光子数为
（2）光源发出的光子均匀分布在以光源为中心的球面上，以d为半径作一个球面，则单位时间内照到挡板单位面积上的光子数为
单个光子的动量为
光压等于单位时间照到挡板单位面积上的光子动量的变化量，而挡板对光是完全吸收的，所以光子在挡板上产生的压强为
答案第1页，共2页
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