同步课时精练（二十六）6.5量子化现象（后附解析）

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同步课时精练（二十六）6.5 量子化现象（后附解析）
一、单选题
1．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．
2．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中不正确的是（　　）
A．微波和声波一样都只能在介质中传播
B．一般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关
C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
3．下列说法正确的是（　　）
A．爱因斯坦在1900年首次把能量子的概念引入物理学
B．单色光照射金属表面发生光电效应时，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多
C．一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子
D．玻尔的原子理论能够解释氦原子的光谱
4．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
5．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（　　）
A． B．
C． D．
6．普朗克在研究黑体辐射的基础上﹐提出了能量子理论。关于量子，下列说法正确的是（　　）
A．是一种高科技材料
B．是类似于质子、电子的微观粒子
C．表示微观世界的不连续性观念
D．是一个数量级的常量
7．“质点”概念的提出采用了建立理想化模型的科学思维方法，以下研究中与其相同的是（　　）

A．图1中探究两个互成角度的力的合成规律
B．图2中黑体辐射的研究
C．图3中卡文迪什扭秤实验
D．图4中探究向心力大小的表达式
8．下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布情况只与温度有关
B．均匀变化的磁场周围一定存在着变化的电场
C．麦克斯书预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
D．电源电动势E的大小，与非静电力做功W的大小成正比，与移送电荷量q的大小成反比
9．下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦建立了经典电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在
B．法拉第受到通电导线和磁体磁场相似性的启发，提出了分子电流假说
C．安培的能量子假说是对经典物理学思想和观念的一次突破，成功地解释了黑体辐射问题
D．奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象
10．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．牛顿 B．普朗克 C．密立根 D．爱因斯坦
11．下列说法正确的是（ ）
A．伽利略通过理想斜面实验得出结论：力是维持物体运动的原因
B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C．玻尔在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
D．1895年末，德国物理学家居里夫人发现了一种新的射线——X射线
12．现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为（取普朗克常量，真空光速）（ ）

A． B． C． D．
二、多选题
13．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（　　）
A．一听可乐 B．物体的重力势能
C．步枪射击 D．物体的长度
14．下列有关物理知识和物理学史，正确的是（ ）
A．高空建筑的避雷针利用了静电屏蔽的原理
B．医生给肩颈酸痛病人贴的红外线理疗贴利用了红外线的热效应
C．赫兹通过实验验证了麦克斯韦电磁波理论的正确性
D．爱因斯坦首先提出了能量量子化的概念
15．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（　　）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
D．随温度降低，辐射强度的极大值向频率较高的方向移动
三、解答题
16．阅读如下资料并回答问题：
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，因此被称为热辐射．热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。
处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0＝σT4，其中常量σ＝5．67×10－8 W/（m2·K4）．
在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体。
有关数据及数学公式：太阳半径RS＝6．96×105 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球的半径。
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7～1×10－5 m范围内，求相应的频率范围；
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为πr2（r为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度。
17．什么是黑体？什么是黑体辐射？
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试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
解析：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。
2．A
解析：A．微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，电磁波的传播不需要介质，故A错误；
B．实际物体辐射电磁波情况与温度、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，故B正确；
C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射，故C正确；
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故D正确。
本题选错误的，答案：A。
3．B
解析：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．单色光照射金属表面发生光电效应时，入射光越强，则入射光子的数目越多，所以单位时间内发射的光电子数越多，故B正确；
C．根据玻尔理论，一个氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到基态时最多可辐射2 种不同频率的光子，故C错误；
D．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，很好地解释了氢光谱，但不能够解释氦原子的光谱，故D错误。
答案：B。
4．D
解析：A．光具有波粒二象性，光电效应现象说明光具有粒子性，故A错误；
B．由
可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，故B错误；
C．黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；
D．衍射是波所特有的现象之一，则热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，故D正确。
答案：D。
5．A
解析：黑体辐射的特点是：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。
答案：A。
6．C
解析：量子是现代物理的重要概念，即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把这个最小单位称为量子。量子即不是一种高科技材料，也不是类似于质子、电子的微观粒子，亦不是一个数量级的常量，量子理论反映了微观世界的不连续性观念。
答案：C。
7．B
解析：A．合力与分力是等效代替的关系，所以探究两个互成角度的力的合成规律是利用了等效的实验方法，故A错误；
B．任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，故B正确；
C．卡文迪什在测量万有引力常量时，所用的物理思想方法是放大法，故C错误；
D．探究影响向心力大小因素实验时，所用的物理思想方法时控制变量法，故D错误；
答案：B。
8．A
解析：A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布情况只与温度有关，故A正确；
B．均匀变化的磁场周围一定存在着恒定的电场，故B错误；
C．麦克斯书预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，故C错误；
D．电动势的物理意义是表征电源把其他形式的能转化为电能本领强弱的物理量，与非静电力做功W的大小以及移送电荷量q的大小无关，故D错误。
答案：A。
9．A
解析：A．麦克斯韦建立了经典电磁场理论，赫兹用实验证实了电磁波的存在，A正确；
B．安培第受到通电导线和磁体磁场相似性的启发，提出了分子电流假说，B错误；
C．普朗克的能量子假说是对经典物理学思想和观念的一次突破，成功地解释了黑体辐射问题，C错误；
D．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，D错误。
答案：A。
10．B
解析：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，这一假设是普朗克提出的。
答案：B。
11．B
解析：A. 伽利略通过理想斜面实验，得出了力不是维持物体运动原因的结论，选项A错误；
B. 库仑通过研究电荷间的相互作用总结出库仑定律，选项B正确；
C. 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，选项C错误；
D. 1895年末，德国物理学家伦琴发现了一种新的射线——X射线，选项D错误。
12．B
解析：打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量，则该激光的光子能量为
解得
答案：B。
13．AC
解析：在经典物理学中，对体系物理量变化的最小值没有限制，它们可以任意连续变化，如重力、动能、长度等，但在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定，这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化，故AC正确， BD错误。
答案：AC。
14．BC
解析：A．高空建筑的避雷针利用了尖端放电的原理，故A错误；
B．医生给肩颈酸痛病人贴的红外线理疗贴利用了红外线的热效应，故B正确；
C．赫兹通过实验验证了麦克斯韦电磁波理论的正确性，故C正确；
D．普朗克首先提出了能量量子化的概念，故D错误。
答案：BC。
15．AB
解析：AC．由图可知，随温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，故A正确，C错误；
B．温度升高，辐射强度的极大值会向着波长较短的方向移动，故B正确；
D．温度降低，辐射强度的极大值会向着波长较长的方向移动，由于波长与频率成反比，所以，温度降低，辐射强度的极大值会向着频率较低的方向移动，故D错误。
答案：AB。
16．（1）3×1013～1．5×1015 Hz （2）1．38×1030J （3）204 K
解析：（1）由ν＝得
ν1＝Hz＝1.5×1015 Hz，ν2＝Hz＝3×1013 Hz
所以辐射的频率范围是3×1013～1.5×1015 Hz
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量
E＝P0t·S＝σT4t·4π，
式中t＝3 600 s，
代入数据得
E＝5.67×10－8×5 7704×3 600×4×3.14×（6.96×105×103）2 J＝1.38×1030 J
（3）火星单位时间内吸引来自太阳的辐射能量
P入＝4πσT4·
火星单位时间单位面积内向外辐射的能量为σT′4
所以火星单位时间内向外辐射的能量
P出＝4πr2σT′4（其中4πr2为火星的表面积，T′为火星的温度）
火星处于热平衡状态，则P入＝P出,即
＝4πr2σT′4
得火星的温度T′＝＝204 K
17．黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射。
解析：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体；
黑体辐射是最简单的热辐射形式，黑体辐射时电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
答案第1页，共2页
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