人教版（2019） 必修 第三册13.5 能量量子化同步练习（含解析）

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5.能量量子化
一、单选题
1.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.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
3.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
4.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
5.“新冠防控”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，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
6.已知某单色光的波长为λ，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)
A. h B. C. D. 以上均不正确
7.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，而激光器t时间内发射的光子数为(　　)
A. B. C. D. λPhct
8.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长为
0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为(　　)
A. 1个 B. 3个 C. 30个 D. 300个
9.“新冠防控”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，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
10.我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段(X波段和S波段)”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为8GHz~12GHz，S波段的频率为2GHz~4GHz，下列说法正确的是(　　)
A. 在空气中X波段的传播速度大于S波段的B. 在空气中S波段的波长比X波段的更短
C. S波段和X波段的频率都比紫外线的小 D. X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小
11.我国学生的近视患病率在逐年增加，课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学使用激光将角膜削平一些或削陡一些，从而改变眼的屈光度，所用激光的波长λ=193 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，真空中的光速c=3×108 m/s，则该激光中每个光子的能量为(　　)
A. 3.0×10-19 J　　 B. 1.6×10-19 J
C. 1.0×10-19 J　　 D. 1.0×10-18 J
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.
13.物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，关于能量子假说，下列说法不正确的是(　　)
A. 物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B. 能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C. 能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量
D. 能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
14.某点光源发光功率为P，以点光源为中心，向外均匀辐射波长为的单色光。已知人眼瞳孔每秒至少接收到n个光子才能引起视觉，瞳孔接收光子的截面积为S，普朗克常量为h，光速为c，则人能看到该光源的最远距离为（　　）
A. B. C. D.
二、多选题
15.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
16.对于带电微粒的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
三、计算题
17.40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)
18.我国的神光“Ⅱ”装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×
10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(计算结果保留2位有效数字)
19.在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,计算结果保留一位有效数字)
20.晴朗的夜空繁星闪烁(如图)， 有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高么 说出你的道理。
5.能量量子化
答案与解析
1.【答案】A
【解析】影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度，故选项A正确，B、C、D错误。
2.【答案】A
【解析】依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A选项，故A正确，B、C、D错误。
3.【答案】B
【解析】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。
4.【答案】B
【解析】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可知光子的能量与光子的频率有关，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。
5.【答案】C
【解析】根据辐射规律可知，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知道这个人的体温，C正确，A、B、D错误。
6.【答案】A
【解析】由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝，从而ε＝hν＝h，故A正确。
7.【答案】A
【解析】每个光子的能量ε＝hν＝，t时间内发光的总能量为Pt，则n＝＝，故A正确。
8.【答案】B
【解析】每个光子的能量为ε＝h，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E为
10－18 J，由E＝nε得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为n＝＝＝个＝3个，故B正确。
9.【答案】C
【解析】根据辐射规律可知，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知道这个人的体温，C正确，A、B、D错误。
10.【答案】C
【解析】X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误；根据
，X波段的频率较大，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故B错误；S波段和X波段的频率都比紫外线的小，故C正确；能量子的能量与其频率成正比，X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故D错误。故选C。
11.【答案】D
【解析】由ε=hν=h，代入数据可得每个光子的能量ε=1.0×10-18 J，选项D正确。
12.【答案】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，故选B。
13.【答案】D
【解析】能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，A正确；能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不连续，是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，B正确；能量子的能量ε＝hν，其中ν为带电微粒的振动的频率，h为普朗克常量，C正确；能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，D错误。
14.【答案】A
【解析】设人能看到该光源的最远距离为l，该光的频率为，有，每秒光源发出光子数为N，有，所以每秒的光子数为，由题意有，整理有，故选A。
15.【答案】BC
【解析】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，故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。
16.【答案】ABD
【解析】带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故A、B、D正确，C错误。
17.【答案】5.8×1018个
【解析】波长为λ的光子能量为
ε＝hν＝h①
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)
18.【答案】4.2×1021个
【解析】每个激光光子的能量为ε＝h，该紫外激光中所含光子数为
N＝＝＝4.2×1021(个)。
19.【答案】5×1016个
【解析】光子的能量为 =h=6.63×10-34× J=3.1×10-19 J。
每个脉冲中的光子数目为n==个≈5×1016个
20.【答案】“蓝星”的表面温度更高。 因为温度越高，向外辐射的波长较短的电磁波越多。
【解析】晴朗的夜空繁星闪烁 “蓝星”的表面温度更高，因为温度越高，向外辐射的波长较短的电磁波越多。
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