第四章 原子结构和波粒二象性 1　普朗克黑体辐射理论 课时练（含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

第四章　原子结构和波粒二象性
1　普朗克黑体辐射理论
考点一　黑体　黑体辐射
1．(2022·淮安市高二学业考试)对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(　　)
A．温度 B．材料
C．表面状况 D．以上都正确
2．(2023·江苏省高二学业考试)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有(　　)
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体辐射的辐射强度与波长无关
D．黑体辐射无任何实验规律
3.(2022·常州市高二期中)关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是(　　)
A．T1>T2>T3>T4
B．T1C．T1＝T2＝T3＝T4
D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度
考点二　能量子
4．能量子假说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
5．关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是(　　)
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．能量子与电磁波的频率成反比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
6．(2022·徐州市高二学业考试)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．人的个数 B．物体所受的重力
C．物体的动能 D．物体的长度
7．(2022·常州市高二学业考试)某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器在时间t内发射的光子数为(　　)
A.t B.t
C.t D．λPhct
8．(2022·宿迁市高二开学考试)两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　　)
A．4∶5　4∶5 B．5∶4　4∶5
C．4∶5　5∶4 D．5∶4　5∶4
9．(2022·常州市高二期中)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　)
A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小
10．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(　　)
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
11．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辐射强度与其波长的关系时，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
12．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子(能量子)射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约为(　　)
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
13．太阳光垂直照射到地面上时，1 m2地面接收太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%。
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3×108 m/s，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r＝6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率。
1　普朗克黑体辐射理论
1．A　[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A正确，B、C、D错误。]
2．A　[黑体辐射的实验规律为随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，同时辐射的极大值向波长较短的方向移动，故选A。]
3．A　[因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，B、C错误；测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。]
4．B
5．B　[由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C错误；能量子假说反映的是微观世界的特性，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，D错误。]
6．A　[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。A正确，B、C、D错误。]
7．A　[每个光子的能量ε＝hν＝，t时间内发光的总能量为Pt，则n＝＝，故选A。]
8．C　[两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，根据E＝NE0可得光子能量之比为4∶5；再根据E0＝hν＝h，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5∶4，故C正确，A、B、D错误。]
9．B　[黑体辐射的实验规律如图。特点是随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度I增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以λ减小，故选B。
]
10．C　[根据热辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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。人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可以知道这个人的体温，故C正确。]
11．D　[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，A、B、C错误，D正确。]
12．A　[察觉到绿光所接收到的最小功率P＝，因为只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，
所以式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，
可得P＝＝ W≈2.3×10－18 W，故选A。]
13．(1)4.9×1044个　(2)1.8×1017 W
解析　[(1)设地面上垂直于太阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，
则有P×45%×1 s＝n·h
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N＝n·4πR2，
联立解得N≈4.9×1044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地＝P·πr2＝1.4×103×3.14×(6.4×106)2 W≈1.8×1017 W。]