(共90张PPT)
5．能量量子化
第十三章
电磁感应与电磁波初步
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 1．知道黑体和黑体辐射的实验规律。
2．知道能量子和普朗克常量，知道光的能量是不连续的。
3．了解微观世界的量子化特征。
4．了解原子的能级结构及原子光谱。
[问题初探] 问题1．黑体是真实存在的吗？
问题2．公式ε＝hν中各符号的意义是什么？
问题3．原子发生跃迁时可以吸收和辐射任意值的光子吗？
[提示] 问题1．不是，黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况。
问题2．ε叫能量子，ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。
问题3．不是，吸收或辐射光子的能量等于前后两个能级之差。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射________。这种辐射与物体的______有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长______的成分越来越强。
知识点一 热辐射
电磁波
温度
较短
2．黑体
(1)定义：某种物体能够______吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但可以__________电磁波。
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。
完全
向外辐射
温度
如图所示，一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，这个带小孔的空腔就可以模拟一个黑体。
问题1．观察从外面射来的电磁波的传播情况有什么特点？
提示：经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。
问题2．这个空腔是黑体吗？
提示：不是。
问题3．什么是黑体？
提示：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，这种物体就叫作黑体。黑体实际上是不存在的，只是一种理想模型。
1．对黑体的理解
黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。
2．一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
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状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
3．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高：
①各种波长的辐射强度都有增加。
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，
如图所示。
【典例1】 (对黑体的认识)(多选)下列说法正确的是( )
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射
D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
√
√
CD [任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错误，C正确；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确。]
【典例2】 (黑体辐射的实验规律)(多选)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．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较
短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较
长的方向移动
√
√
√
ACD [由题图可知，随温度升高，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，当温度降低时，上述变化都将反过来。]
1．普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________。
2．能量子：不可再分的______能量值ε叫作能量子。
3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为____________。h＝________________ J·s。
4．光子：光本身就是由一个个不可分割的________组成的，频率为ν的光的能量子为 ____，这些能量子被叫作光子。
知识点二 能量子
整数倍
最小
普朗克常量
6.626×10-34
能量子
hν
1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2．在宏观尺度内研究物体的运动时，我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化。在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。
【典例3】 (能量子的认识)(多选)关于对能量子的认识，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正比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
√
√
BC [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；由最小能量值ε＝hν知，C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，D错误。]
【典例4】 (能量子公式的应用)人眼对绿光最为敏感，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3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10-18 W B．3.8×10-19 W
C．7.0×10-10 W D．1.2×10-18 W
√
1．定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是________的，这些________的能量值叫作能级。
知识点三 能级
量子化
量子化
2．特点
(1)原子处于能量最低的状态，是最______的。
(2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到______的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量______的能级跃迁，放出光子。
(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个__________。
稳定
较高
较低
能级之差
1．能级
(1)电子在可能的轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值称为能级，量子数n越大，表示能级越高。
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
2．能级跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E2－E1。
【典例5】 (对能级的理解)(多选)下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
√
√
CD [原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确。]
【教用·备选例题】
我国在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。下列关于能量子的说法正确的是( )
A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的
B．能量子表示微观世界的不连续性观念
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大
D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子
√
B [能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。]
应用迁移·随堂评估自测
1．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( )
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
√
2
4
3
题号
1
√
AD [普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。故选AD。]
2．(多选)下列叙述正确的是( )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
2
3
题号
1
4
√
ACD [根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而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错误，C正确；根据黑体定义知，D正确。]
√
√
3．一个原子从某一高能态跃迁到另一低能态的过程中，该原子
( )
A．发出一系列频率的光子
B．吸收一系列频率的光子
C．吸收某一频率的光子
D．辐射某一频率的光子
2
3
题号
4
1
√
D [原子从高能态向低能态跃迁，辐射光子，能量减少，原子在两能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足两个能级之差，所以题述原子要辐射某一频率的光子，故D正确。]
4．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是( )
2
4
3
题号
1
A B
C D
A [根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故选项A正确。]
√
回归本节知识，完成以下问题：
1．黑体是指黑颜色的物体吗？
提示：黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波而不发生反射的物体。
2．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？
提示：普朗克提出了量子化的观点，量子化是微观世界的基本特点，其所有的变化都是不连续的。
3．什么是能级？
提示：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
?题组一 热辐射
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
1
题号
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6
7
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√
10
11
12
课时分层作业(二十) 能量量子化
√
BC [物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。]
1
题号
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2．“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
√
1
题号
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B [根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。]
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题号
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?题组二 能量子
3．(多选)以下宏观概念中，是“量子化”的有( )
A．物体的带电荷量 B．物体的质量
C．物体的动量 D．学生的个数
√
1
题号
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12
AD [所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故AD正确。]
√
4．(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( )
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
√
1
题号
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12
ABD [根据普朗克能量子假说，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行，故选A、B、D。]
√
√
5．下列有关光子的说法不正确的是( )
A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
C．光子的能量跟它的频率有关
D．紫光光子的能量比红光光子的能量大
√
1
题号
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12
B [光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据E＝hν可知光子的能量与它的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确。]
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题号
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√
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题号
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12
?题组三 能级
7．一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级。该氢原子( )
A．放出光子，能量增加
B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加
D．吸收光子，能量减少
√
1
题号
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12
B [由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定。]
1
题号
2
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12
8．能正确解释黑体辐射实验规律的是( )
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的能量微粒说
√
1
题号
2
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12
B [根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确，A、C、D错误。]
1
题号
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12
9．(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示，这是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是
( )
A．T1>T2
B．T1＜T2
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．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
√
1
题号
2
3
4
5
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11
12
√
AD [一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度、辐射光的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的物体，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关；实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，选项A、D正确。]
1
题号
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11
12
10．(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m，功率为5.0×
10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，该激光器发出的( )
A．是紫外线
B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18 J
D．光子数约为每秒3.8×1016个
√
1
题号
2
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11
12
√
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题号
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12
11．40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒辐射的光子数为多少？(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
1
题号
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1
题号
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11
12
[答案] 5.8×1018个
12． (多选)以下论断正确的是( )
A．原子的不同定态对应于电子沿不同的轨道绕核运动
B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量
C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量
D．不论当原子处于何种定态时，原子都不向外辐射能量
1
题号
2
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12
√
√
AD [根据玻尔理论，A正确；不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以B、C错误，D正确。]
1
题号
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题号
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13
√
14
15
一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10题为多选题。)
1．在2023年3月30日，神舟十五号飞船航天员乘组进行了第三次出舱活动。其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是( )
A．电磁波是横波，声波是纵波
B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在
D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
章末综合测评(五)
题号
1
3
5
2
4
6
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11
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13
14
15
A [电磁波的传播和振动垂直是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A正确；电磁波的传播不依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340 m/s，两者差距很大，故D错误。]
题号
2
1
3
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13
√
14
15
2．光子的能量与其( )
A．频率成正比
B．波长成正比
C．速度成正比
D．速度平方成正比
题号
3
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1
14
15
3．下列各图中，已标出电流及电流的磁场方向，其中正确的是
( )
√
A B
C D
题号
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1
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15
D [A中，由于电流的方向竖直向上，根据安培定则知，磁场方向应该左边垂直纸面向外，右边垂直纸面向里，A错误；B中，直线电流的方向竖直向上，根据安培定则知，直线电流形成的磁场方向(从上向下看)为逆时针方向，B错误；C中，根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向右，C错误；D中，从上往下看，线框的电流方向为逆时针方向，根据安培定则知，磁场的方向向上，D正确。]
题号
4
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1
√
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15
4．如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中(范围足够大)，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )
A．向左平动
B．向右平动
C．绕O1O2转动
D．向上或向下平动
题号
4
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1
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C [当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时穿过线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，选项A、B、D错误；当线圈绕O1O2转动时穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，选项C正确。]
题号
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题号
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题号
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1
√
14
15
6．如图所示，两根通电直导线，平行放置于水平桌面上，一矩形线圈abcd从A位置运动到对称的B位置过程中，下列说法正确的是
( )
A．在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
B．在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
C．从A到B穿过线圈的磁通量一直减小
D．从A到B穿过线圈的磁通量一直增大
题号
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15
A [根据安培定则，在A位置，左边电流在线圈处的磁感线方向向下，右边电流在线圈处的磁感线方向向上，但合磁场方向向下，则穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下，选项A正确；类似地，在B位置，合磁场方向向上，则穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上，选项B错误；根据Φ＝BS，从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大，选项C、D错误。]
题号
2
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3
7
6
8
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1
√
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15
7．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为λm·T＝2.90×10-3 m·K，普朗克常量h＝6.626×10-34 J·s，T＝t＋273 K。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(又叫作光子)的能量分别是
( )
A．7.8×10-5 m 1.89×10-20 J
B．9.4×10-6 m 2.11×10-20 J
C．1.16×10-4 m 2.11×10-18 J
D．9.7×10-8 m 1.10×10-20 J
题号
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题号
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1
√
14
15
8．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究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的黑体谱相关的说法正确的是( )
A．微波是指波长在10-3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
√
√
题号
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ACD [微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，微波是指波长在10-3 m到10 m之间电磁波，故A正确；微波是电磁波，电磁波既能在介质中传播也能在真空中传播，而声波是机械波，只能在介质中传播，故B错误；黑体向外辐射的是热量，是以光子的形式辐射的，而光是电磁波，所以黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故C正确；普朗克在研究黑体辐射的过程中提出了黑体辐射的能量是一份一份的，从而提出了能量子的假说，故D正确。]
题号
9
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√
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9．下列说法正确的是( )
A．微观粒子的能量变化是跳跃式的
B．能量子与电磁波的频率成正比
C．红光的能量子比绿光大
D．电磁波波长越长，其能量子越大
√
题号
9
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AB [微观粒子的能量变化是跳跃式的，故A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，故B正确；红光的频率比绿光小，由ε＝hν可知，红光的能量子比绿光小，故C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，故D错误。]
题号
9
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√
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10．1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。罗兰把大量的负电荷加在一个橡胶圆盘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按图示方向(自上向下看顺时针)高速旋转，发现小磁针发生偏转。忽略地磁场对小磁针的影响，则下列说法正确的是( )
A．小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了电场
B．小磁针发生偏转说明：因电荷运动形成的电流产生了
磁场
C．当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极向左侧偏转
D．当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极向右侧偏转
√
√
题号
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BCD [由题意可知，磁针受到磁场力的作用，是由于电荷的定向移动，从而形成电流，而电流周围会产生磁场，故A错误，B正确；若小磁针处于圆盘的左上方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，则小磁针的N极向左偏，故C正确；若小磁针处于圆盘的左下方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，因下方为S极，则小磁针的N极向右偏，故D正确。]
题号
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二、实验题
11．在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。
它们是：①电流计 ②直流电源 ③带铁芯的线圈A ④线圈B ⑤开关 ⑥滑动变阻器
题号
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(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。
(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试举出三种方法。
①________________________________________________________；
②________________________________________________________；
③_________________________________________________________。
[答案] 如图所示
闭合开关
开关闭合时移动滑动变阻器滑片
保持开关闭合，插入拔出线圈A
题号
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[解析] (1)使线圈A与开关、直流电源、滑动变阻器串联，线圈B与电流计连成闭合回路。
(2)只要能使穿过线圈B的磁通量发生变化就可以使线圈B中产生感应电流。
题号
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12．探究产生感应电流条件的实验步骤如图所示。
题号
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(1)本实验中，我们通过观察___________________________来判断电路中是否有感应电流。
(2)通过比较图甲和丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)若图甲中AB棒不动，磁体左右水平运动，电路中____(选填“有”或“无”)感应电流。
灵敏电流计的指针是否偏转
闭合
甲和乙
有
题号
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[解析] (1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流。
(2)题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流。由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合。要得出产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，这两次实验就要一次使导体在磁场中做切割磁感线运动，另一次使导体在磁场中不做切割磁感线运动，由此可以确定要选用题图甲和题图乙。
题号
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(3)在题图甲中，电路是闭合的，若导体不动，磁体运动，利用运动和静止的相对性可以确定，导体也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有电流产生。
题号
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三、计算题
13．在磁感应强度处处相等的磁场中放一与磁场方向垂直的通电直导线，通入的电流是2.5 A，导线长10 cm，它受到的磁场力为5×10-2 N。问：
(1)这个磁场的磁感应强度是多大？
(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时，该磁场的磁感应强度是多大？
题号
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[答案] (1)0.2 T (2)0.2 T
题号
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14．如图所示，矩形线圈的面积为0.2 m2，放在磁感应强度为0.1 T 的匀强磁场中，线圈的一边ab与磁感线垂直，线圈平面与磁场方向成30°角，求：
(1)穿过线圈的磁通量是多大；
(2)当线圈从图示位置绕ab边转过60°的过程中，
穿过线圈的磁通量变化了多少。
题号
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[答案] (1)0.01 Wb (2)增大了0.01 Wb或减小了0.02 Wb
题号
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15．某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
(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2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。
题号
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题号
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[答案] (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10-4 W5．能量量子化
[学习任务] 1．知道黑体和黑体辐射的实验规律。
2．知道能量子和普朗克常量，知道光的能量是不连续的。
3．了解微观世界的量子化特征。
4．了解原子的能级结构及原子光谱。
[问题初探] 问题1．黑体是真实存在的吗？
问题2．公式ε＝hν中各符号的意义是什么？
问题3．原子发生跃迁时可以吸收和辐射任意值的光子吗？
[提示] 问题1．不是，黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况。
问题2．ε叫能量子，ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。
问题3．不是，吸收或辐射光子的能量等于前后两个能级之差。
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
热辐射
1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
2．黑体
(1)定义：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，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。
②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。
如图所示，一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，这个带小孔的空腔就可以模拟一个黑体。
问题1．观察从外面射来的电磁波的传播情况有什么特点？
提示：经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。
问题2．这个空腔是黑体吗？
提示：不是。
问题3．什么是黑体？
提示：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，这种物体就叫作黑体。黑体实际上是不存在的，只是一种理想模型。
1．对黑体的理解
黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。
2．一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
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状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
3．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高：
①各种波长的辐射强度都有增加。
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。
【典例1】 (对黑体的认识)(多选)下列说法正确的是( )
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射
D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
CD [任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错误，C正确；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确。]
【典例2】 (黑体辐射的实验规律)(多选)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．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
ACD [由题图可知，随温度升高，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，当温度降低时，上述变化都将反过来。]
能量子
1．普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
2．能量子：不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10-34 J·s。
4．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为 hν，这些能量子被叫作光子。
1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2．在宏观尺度内研究物体的运动时，我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化。在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。
【典例3】 (能量子的认识)(多选)关于对能量子的认识，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正比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
BC [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；由最小能量值ε＝hν知，C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，D错误。]
【典例4】 (能量子公式的应用)人眼对绿光最为敏感，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3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10-18 W B．3.8×10-19 W
C．7.0×10-10 W D．1.2×10-18 W
A [因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，t＝1 s，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W≈2.3×10-18 W，故A正确。]
有关能量子问题的解题技巧
(1)熟练掌握能量子的计算公式：ε＝hν＝。
(2)把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε。
(3)正确建立模型。
能级
1．定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
2．特点
(1)原子处于能量最低的状态，是最稳定的。
(2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
1．能级
(1)电子在可能的轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值称为能级，量子数n越大，表示能级越高。
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
2．能级跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E2－E1。
【典例5】 (对能级的理解)(多选)下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
CD [原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确。]
【教用·备选例题】
我国在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。下列关于能量子的说法正确的是( )
A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的
B．能量子表示微观世界的不连续性观念
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大
D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子
B [能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。]
1．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( )
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
AD [普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。故选AD。]
2．(多选)下列叙述正确的是( )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD [根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而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错误，C正确；根据黑体定义知，D正确。]
3．一个原子从某一高能态跃迁到另一低能态的过程中，该原子( )
A．发出一系列频率的光子
B．吸收一系列频率的光子
C．吸收某一频率的光子
D．辐射某一频率的光子
D [原子从高能态向低能态跃迁，辐射光子，能量减少，原子在两能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足两个能级之差，所以题述原子要辐射某一频率的光子，故D正确。]
4．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是( )
A B
C D
A [根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故选项A正确。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．黑体是指黑颜色的物体吗？
提示：黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波而不发生反射的物体。
2．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？
提示：普朗克提出了量子化的观点，量子化是微观世界的基本特点，其所有的变化都是不连续的。
3．什么是能级？
提示：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
课时分层作业(二十) 能量量子化
?题组一 热辐射
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
BC [物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。]
2．“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
B [根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。]
?题组二 能量子
3．(多选)以下宏观概念中，是“量子化”的有( )
A．物体的带电荷量 B．物体的质量
C．物体的动量 D．学生的个数
AD [所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故AD正确。]
4．(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( )
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
ABD [根据普朗克能量子假说，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行，故选A、B、D。]
5．下列有关光子的说法不正确的是( )
A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒
C．光子的能量跟它的频率有关
D．紫光光子的能量比红光光子的能量大
B [光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫作一个光子，A正确；光子没有静止质量，也没有具体的体积，B错误；根据E＝hν可知光子的能量与它的频率有关，紫光的频率大于红光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子的能量大，C、D正确。]
6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量，c为真空中的光速)( )
A．h B．Nh
C．Nhλ0 D．2Nhλ0
B [由于单个光子的能量为ε＝hν，所以N个光子的总能量E总＝Nhν，又因为ν＝，解得E总＝Nh，故选B。]
?题组三 能级
7．一个氢原子从较高能级跃迁到较低能级。该氢原子( )
A．放出光子，能量增加
B．放出光子，能量减少
C．吸收光子，能量增加
D．吸收光子，能量减少
B [由原子的能级跃迁规律知，氢原子从高能级跃迁到低能级时，辐射一定频率的光子，氢原子能量减少，光子的能量由这两个能级的能量差决定。]
8．能正确解释黑体辐射实验规律的是( )
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的能量微粒说
B [根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确，A、C、D错误。]
9．(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示，这是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )
A．T1>T2
B．T1＜T2
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．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
AD [一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度、辐射光的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的物体，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关；实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，选项A、D正确。]
10．(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m，功率为5.0×10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，该激光器发出的( )
A．是紫外线
B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18 J
D．光子数约为每秒3.8×1016个
BD [波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确；光子能量E＝h＝6.63×10-34× J＝1.326×10-19 J，故C错误；每秒钟发出的光子数n＝≈3.8×1016，故D正确。故选BD。]
11．40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒辐射的光子数为多少？(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
[解析] 波长为λ的光子能量为
ε＝hν＝h ①
设白炽灯每秒辐射的光子数为n，白炽灯的电功率为P，
则n＝ ②
式中η＝5%，是白炽灯的发光效率
联立①②式得n＝
代入题给数据得n≈5.8×1018(个)。
[答案] 5.8×1018个
12． (多选)以下论断正确的是( )
A．原子的不同定态对应于电子沿不同的轨道绕核运动
B．当原子处于激发态时，原子向外辐射能量
C．只有当原子处于基态时，原子才不向外辐射能量
D．不论当原子处于何种定态时，原子都不向外辐射能量
AD [根据玻尔理论，A正确；不论原子处于何种定态，原子都不向外辐射能量，原子只有从一个定态跃迁到另一个定态时，才辐射或吸收能量，所以B、C错误，D正确。]
章末综合测评(五)
一、选择题(共10小题，1～7题为单选题，8～10题为多选题。)
1．在2023年3月30日，神舟十五号飞船航天员乘组进行了第三次出舱活动。其间航天员与北京飞控中心保持通话联络，直播画面通过电磁波传送到地面接收站。下列关于电磁波和声波的说法正确的是( )
A．电磁波是横波，声波是纵波
B．电磁波跟声波一样，只能在介质中传播
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，并用实验验证了电磁波的存在
D．航天员讲话时画面能与声音同步，说明电磁波与声波具有相同的传播速度
A [电磁波的传播和振动垂直是横波，声波的振动和传播平行则是纵波，故A正确；电磁波的传播不依赖介质，声波是机械波只能在介质中传播，故B错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验验证了电磁波的存在，故C错误；航天员讲话时画面能与声音同步，但电磁波的速度为光速，声波的传播速度为340 m/s，两者差距很大，故D错误。]
2．光子的能量与其( )
A．频率成正比
B．波长成正比
C．速度成正比
D．速度平方成正比
A [根据E＝hν＝可知，光子的能量与频率成正比，与波长成反比，A正确。]
3．下列各图中，已标出电流及电流的磁场方向，其中正确的是( )
A B
C D
D [A中，由于电流的方向竖直向上，根据安培定则知，磁场方向应该左边垂直纸面向外，右边垂直纸面向里，A错误；B中，直线电流的方向竖直向上，根据安培定则知，直线电流形成的磁场方向(从上向下看)为逆时针方向，B错误；C中，根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向右，C错误；D中，从上往下看，线框的电流方向为逆时针方向，根据安培定则知，磁场的方向向上，D正确。]
4．如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场中(范围足够大)，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )
A．向左平动 B．向右平动
C．绕O1O2转动 D．向上或向下平动
C [当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时穿过线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，选项A、B、D错误；当线圈绕O1O2转动时穿过线圈的磁通量发生变化，会产生感应电流，选项C正确。]
5．在地球赤道上进行实验时，用磁传感器测得赤道上P点地磁场的磁感应强度大小为B0。将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上，让N极指向正北方向，如图所示，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1；现将条形磁铁以P点为轴旋转90°，使其N极指向正东方向，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小应为(可认为地磁南、北极与地理北、南极重合)( )
A．B1－B0 B．B1＋B2
C． D．
D [根据题意，赤道上P点地磁场的磁感应强度大小为B0；条形磁铁N极指向正北方向时，其磁感应强度也向正北方向，故条形磁铁在P点产生的磁感应强度大小为B＝B1－B0；条形磁铁N极指向正东方向时，其磁感应强度也向正东方向，此时两个磁感线强度方向垂直，则此时P点的磁感应强度大小为B′＝＝，故选D。]
6．如图所示，两根通电直导线，平行放置于水平桌面上，一矩形线圈abcd从A位置运动到对称的B位置过程中，下列说法正确的是( )
A．在A位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
B．在B位置穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下
C．从A到B穿过线圈的磁通量一直减小
D．从A到B穿过线圈的磁通量一直增大
A [根据安培定则，在A位置，左边电流在线圈处的磁感线方向向下，右边电流在线圈处的磁感线方向向上，但合磁场方向向下，则穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向下，选项A正确；类似地，在B位置，合磁场方向向上，则穿过线圈的磁感线方向垂直水平面向上，选项B错误；根据Φ＝BS，从A到B穿过线圈的磁通量先减小再增大，选项C、D错误。]
7．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm，根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为λm·T＝2.90×10-3 m·K，普朗克常量h＝6.626×10-34 J·s，T＝t＋273 K。那么老鼠发出最强的热辐射的波长和老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子(又叫作光子)的能量分别是( )
A．7.8×10-5 m 1.89×10-20 J
B．9.4×10-6 m 2.11×10-20 J
C．1.16×10-4 m 2.11×10-18 J
D．9.7×10-8 m 1.10×10-20 J
B [由题意λm·T＝2.90×10-3 m·K，则λm＝ m≈9.4×10-6 m，根据公式E＝h＝6.626×10-34× J≈2.11×10-20 J，故选B。]
8．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究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的黑体谱相关的说法正确的是( )
A．微波是指波长在10-3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
ACD [微波是电磁波中按波长分类波长较小的一种，微波是指波长在10-3 m到10 m之间电磁波，故A正确；微波是电磁波，电磁波既能在介质中传播也能在真空中传播，而声波是机械波，只能在介质中传播，故B错误；黑体向外辐射的是热量，是以光子的形式辐射的，而光是电磁波，所以黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故C正确；普朗克在研究黑体辐射的过程中提出了黑体辐射的能量是一份一份的，从而提出了能量子的假说，故D正确。]
9．下列说法正确的是( )
A．微观粒子的能量变化是跳跃式的
B．能量子与电磁波的频率成正比
C．红光的能量子比绿光大
D．电磁波波长越长，其能量子越大
AB [微观粒子的能量变化是跳跃式的，故A正确；由ε＝hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，故B正确；红光的频率比绿光小，由ε＝hν可知，红光的能量子比绿光小，故C错误；电磁波波长越长，其频率越小，能量子越小，故D错误。]
10．1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”。罗兰把大量的负电荷加在一个橡胶圆盘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按图示方向(自上向下看顺时针)高速旋转，发现小磁针发生偏转。忽略地磁场对小磁针的影响，则下列说法正确的是( )
A．小磁针发生偏转的原因是橡胶圆盘上产生了电场
B．小磁针发生偏转说明：因电荷运动形成的电流产生了磁场
C．当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极向左侧偏转
D．当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极向右侧偏转
BCD [由题意可知，磁针受到磁场力的作用，是由于电荷的定向移动，从而形成电流，而电流周围会产生磁场，故A错误，B正确；若小磁针处于圆盘的左上方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，则小磁针的N极向左偏，故C正确；若小磁针处于圆盘的左下方时，圆盘带负电，根据右手定则可知，产生的磁场方向向上，因下方为S极，则小磁针的N极向右偏，故D正确。]
二、实验题
11．在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。
它们是：①电流计 ②直流电源 ③带铁芯的线圈A ④线圈B ⑤开关 ⑥滑动变阻器
(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。
(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试举出三种方法。
①_________________________________________________________________；
②_________________________________________________________________；
③_________________________________________________________________。
[解析] (1)使线圈A与开关、直流电源、滑动变阻器串联，线圈B与电流计连成闭合回路。
(2)只要能使穿过线圈B的磁通量发生变化就可以使线圈B中产生感应电流。
[答案] (1)如图所示
(2)①闭合开关 ②开关闭合时移动滑动变阻器滑片 ③保持开关闭合，插入拔出线圈A
12．探究产生感应电流条件的实验步骤如图所示。
(1)本实验中，我们通过观察________来判断电路中是否有感应电流。
(2)通过比较图甲和丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。
(3)若图甲中AB棒不动，磁体左右水平运动，电路中________(选填“有”或“无”)感应电流。
[解析] (1)实验时，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来确定电路中是否产生感应电流。
(2)题图甲所示电路是闭合电路，灵敏电流计的指针发生偏转，说明电路中产生了感应电流；题图丙所示电路是断开的，灵敏电流计的指针没有偏转，说明电路中没有产生感应电流。由此可知，产生感应电流的一个条件是电路要闭合。要得出产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动，这两次实验就要一次使导体在磁场中做切割磁感线运动，另一次使导体在磁场中不做切割磁感线运动，由此可以确定要选用题图甲和题图乙。
(3)在题图甲中，电路是闭合的，若导体不动，磁体运动，利用运动和静止的相对性可以确定，导体也做切割磁感线运动，具备了感应电流产生的两个条件，所以电路中有电流产生。
[答案] (1)灵敏电流计的指针是否偏转 (2)闭合 甲和乙 (3)有
三、计算题
13．在磁感应强度处处相等的磁场中放一与磁场方向垂直的通电直导线，通入的电流是2.5 A，导线长10 cm，它受到的磁场力为5×10-2 N。问：
(1)这个磁场的磁感应强度是多大？
(2)如果把通电导线中的电流增大到5 A时，该磁场的磁感应强度是多大？
[解析] (1)由磁感应强度的定义式得
B＝＝ T＝0.2 T。
(2)磁感应强度B是由磁场和空间位置(点)决定的，和导线的长度l、电流I的大小无关，所以该点的磁感应强度是0.2 T。
[答案] (1)0.2 T (2)0.2 T
14．如图所示，矩形线圈的面积为0.2 m2，放在磁感应强度为0.1 T 的匀强磁场中，线圈的一边ab与磁感线垂直，线圈平面与磁场方向成30°角，求：
(1)穿过线圈的磁通量是多大；
(2)当线圈从图示位置绕ab边转过60°的过程中，穿过线圈的磁通量变化了多少。
[解析] (1)穿过线圈的磁通量为
Φ＝BS sin 30°＝0.1×0.2× Wb＝0.01 Wb。
(2)若线圈逆时针方向(从上向下看)转过60°，则此时穿过线圈的磁通量Φ′＝BS＝0.02 Wb
那么ΔΦ＝Φ′－Φ＝0.01 Wb
若线圈顺时针方向(从上向下看)转过60°，则此时穿过线圈的磁通量Φ″＝－BS sin 30°＝－0.01 Wb
那么ΔΦ′＝Φ″－Φ＝－0.02 Wb。
[答案] (1)0.01 Wb (2)增大了0.01 Wb或减小了0.02 Wb
15．某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s)
(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2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率。
[解析] (1)每个能量子的能量
ε＝hν＝＝ J≈1.06×10-27 J
则每秒电台发射上述波长的能量子数
N＝≈9.4×1030个。
(2)设球状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而球状天线的有效接收面积S′＝πr2，所以
n＝N ＝N
＝9.4×1030×个＝3.76×1023个
接收功率
P收＝＝3.76×1023×1.06×10-27 W≈4×10-4 W。
[答案] (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10-4 W
