13.5 能量量子化（含解析) 人教版（2019） 必修 第三册

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13.5 能量量子化
一、单选题
1.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.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，是因为黑体可以反射电磁波
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状况有关
3.关于热辐射的认识，下列说法正确的是(　　)
A. 热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B. 温度越高，物体辐射的电磁波越强
C. 辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D. 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
4.生活中常利用红外体温计测量体温，下列说法正确的是(　　)
A. 当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线
B. 当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C. 红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D. 红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
5.诺贝尔物理学奖同时授予法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国物理学家约翰·克劳泽及奥地利物理学家安东·塞林格，以奖励他们在量子纠缠、验证违反贝尔不等式及量子信息科学方面所作出的杰出贡献。现在量子化已开始进入我们的生活，下面哪些物理量是量子化的(　　)
A. 一个可变电容器的电容 B. 一段导体的电阻
C. 一个物体的带电荷量 D. 电场中两点间的电势差
6.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
7.两束能量相同的色光，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在物体表面上的光子数之比为4∶5，已知c＝λν，则这两束光的光子能量和波长之比为(　　)
A. 4∶5　4∶5 B. 5∶4　4∶5
C. 5∶4　5∶4 D. 4∶5　5∶4
8.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
9.一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
10.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
11.“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
12.一个原子从某一高能级跃迁到另一低能级的过程中，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
13.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
14.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
15.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
16.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
二、多选题
17.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
18. 1900年德国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，下列说法属于能量子假说内容的是(　　)
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
19.对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，下列说法正确的是(　　)
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
20.下列关于氦原子光谱和能级的说法正确的是(　　)
A. 氦原子光谱中的亮线是由于氦原子从高能级向低能级跃迁时释放出光子形成的
B. 氦原子光谱不是连续的，是一些分立的亮线，说明了氦原子的能级是量子化的
C. 原子能量越高原子越稳定
D. 氦原子从高能级向低能级跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差
21.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
22.某装置是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，光速c＝3.0×108 m/s，则该紫外激光所含光子数约为多少个？(结果保留2位有效数字)
23.40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)
24.40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)
25.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)
13.5能量量子化 答案与解析
一、单选题
1.【答案】A
【解析】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，故选项A正确，B、C、D错误。
2.【答案】D
【解析】任何物体在任何温度下都存在热辐射，温度越高辐射的能力越强，故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，故B、C错误；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、形状及表面状况无关，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状况有关，故D正确。
3.【答案】B
【解析】一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；除光源外，常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．
4.【答案】D
【解析】生活中常利用红外体温计测量体温， 红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的，故D正确。
5.【答案】C
【解析】所谓量子化就是指数据是分立的不连续的，即一份一份的。可变电容器的电容可以通过正对面积的连续变化实现连续变化，A错误；导体的电阻可通过长度的连续变化实现连续变化，B错误；物体的带电荷量必须是元电荷的整数倍，是量子化的，C正确；电场中两点的电势差可以随着位置的变化而连续变化，D错误。
6.【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．
7.【答案】B
【解析】由E＝nε知，能量相同时n与ε成反比，所以光子能量比为5∶4；又根据ε＝hν＝h，所以波长之比为4∶5，B正确。
8.【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．
9.【答案】B
【解析】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．
10.【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。
11.【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。
12.【答案】D
【解析】原子从高能级向低能级跃迁，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hν＝Em－En，所以题述原子要辐射某一频率的光子，故D正确．
13.【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。
14.【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。
15.【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。
16.【答案】B
【解析】每个光子的能量为E0＝h，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E为
10－18 J，由E＝nE0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。
二、多选题
17.【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。
18.【答案】ABC
【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，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故A、B、C符合题意，D不符合题意。
19.【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。
20.【答案】ABD
【解析】氦原子从高能级向低能级跃迁会放出光子，光子能量等于两个能级之差，故A、B、D正确，C错误。
21.【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。
三、计算题
22.【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＝
代入数据可得n≈4.2×1021个。
23.【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)
24.【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)
25.【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)。
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