专题17.1能量量子化-2017-2018学年高二物理人教版（选修3-5）Word版含解析

第十七章 波粒二象性
第1节 能量量子化
1．黑体与黑体辐射
（1）热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的______有关，所以叫做热辐射。
（2）黑体：是指能够______吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
2．黑体辐射的实验规律
（1）一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的______及表面状况有关。
（2）黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都______。
②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长______的方向移动。
3．能量子
（1）定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的______。即能量的辐射或者吸收只能是______的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
（2）能量子的大小：______，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.63×10–34 J·s。
温度 完全
种类 温度 增加 较短
整数倍 一份一份 ε=hν
【例题】神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，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________个（取两位有效数字）。
参考答案：4.2×1021
试题解析：每个光子的能量E0=hν=h，故所含的光子数为n=== 个≈4.2×1021个
1．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
2．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．
3．如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最大的是
A．电子 B．中子
C．质子 D．α粒子
4．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的
A．人的身高 B．物体的质量
C．汽车的速度 D．大象的头数
5．以下宏观概念中，哪些是量子化的
A．学生的身高
B．木棒的长度
C．物体的动量
D．微观粒子的能量
6．以下说法中不正确的是
A．普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说
B．康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性
C．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象
D．卢瑟福提出的核式结构模型成功的解释了α粒子散射现象
7．下列宏观概念中，是量子化的有
A．物体的质量
B．弹簧振子的能量
C．汽车的个数
D．卫星绕地球运行的轨道
8．下列说法正确的是
A．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大
B．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性
C．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成
D．赫兹在实验时无意中发现了一个使光的微粒理论得以东山再起的重要现象——光电效应
9．下列说法不正确的有
A．普朗克曾经大胆假设：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，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
10．关于光的本性，下列说法正确的是
A．光电效应反应光的波动性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说有机地统一起来
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子
11．以下有关近代物理内容的若干叙述，正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．质子和中子结合成新原子核不一定有质量亏损，释放出能量
C．有10个放射性元素的原子核，当有5个原子核发生衰变所需时间就是该放射性元素的半衰期
D．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大
12．下列说法中正确的是
A．光电效应说明光具有波动性的，它是爱恩斯坦所先发现并加以理论解释的
B．235U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短
C．据波尔理论知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的动能增大
D．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子核的结构
13．下列说法不正确的有
A．由波尔理论可知，氢原子的核外电子从较高轨道跃迁到较低轨道时，要辐射一定频率的光子，同时电子动能减小，电势能增大
B．α粒子散射试验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一
C．普朗克把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小
14．以下说法不正确的是
A．在光电效应现象中光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
B．太阳内部正在进行剧烈的热核反应，辐射大量能量，因而太阳质量在不断减小
C．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线。人们可以通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成
D．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念，并指出氢原子从高能级跃迁到低能级要放出光子
15．下列说法不正确的是
A．康普顿效应进一步证实了光的波动特性
B．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特性
C．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的
D．爱因斯坦提出了光子说成功地解释了光电效应现象
16．黑体辐射的规律如图所示，从中可以看出，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都有________（填“增加”、“减少”“不变”），辐射强度的极大值向波长________（填“较长”、“较短”）的方向移动。
17．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，那么：①老鼠发出最强的热辐射的波长约为________m。②老鼠发出的这种最强的热辐射每份能量子（光子）的能量是________J。
18．用同一束单色光，在同一条件下，分别照射锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，下列所列四个物理量中一定相同的是：________；可能相同的是：________。（只选填各物理量的序号）A．入射光子的能量B．逸出功C．光电子的动能D．光电子的最大初动能
19．某单色光的频率为υ，它在空间是一份一份传播的，每一份叫做一个________且每一份的能量是E=________。若用它照射某种极限频率为υ0的金属不能发生光电效应，则υ________υ0（填＜，＞或=）；以下措施哪些可能使之发生光电效应：________；A．增加入射光的强度B．增加入射光的照射时间C．换用频率更大的入射光D．换用频率更小的入射光发生光电效应时放出的电子叫________。
20．一点光源以功率P向外发出波长为λ的单色光，已知普朗克恒量为h，光速为c，则此光源每秒钟发出的光子数为________个，每一个光子的动量为________；若某种金属逸出功为W，用此光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能为________；如果不改变入射光的频率，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能将________（选填“增加”、“减小”或“不变”）。
21．黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释，1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子ε=hν。1905年爱因斯坦从此得到启发，提出了光子说并成功解释了光电现象中有关极限频率。最大初动能等规律，并因此获得诺贝尔物理学奖。请写出爱因斯坦光电效应方程：？
22．若一功率为60 W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，真空中的光速c=3.0×108 m/s，普朗克常量h=6.63×10– 34 J·s。假定所发出的可见光的波长都是600 nm，认为空气中的光速等于真空中的光速，计算灯泡每秒内发出的光子数。（计算结果保留三位有效数字）
1．A【解析】依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地进行变化，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A，BCD都是连续的，故A正确，BCD错误。
2．A【解析】黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故B、D错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故C错误A正确。
5．D【解析】微观粒子的数量只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故选D。
6．C【解析】普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；光电效应说明光具有粒子性；康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性；故B正确；玻尔建立了光量子理论，成功解释了氢原子发光现象，对与其他分子无法解释，故C错误；卢瑟福提出的核式结构模型成功的解释了α粒子散射现象，推翻了西瓜模型，故D正确。
7．C【解析】汽车的个数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故选：C。
8．C【解析】氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子能量减小，则氢原子电势能减小，故A正确；德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性，故B正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出原子核式结构学说，故C错误；赫兹在实验时无意中发现了一个使光的微粒理论得以东山再起的重要现象––光电效应，故D正确。
9．C【解析】普朗克能量量子化理论：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，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，故A正确；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，故B正确；玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C错误；光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，根据光电效应方程：EK=hγ–W0，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，故D正确。
12．C【解析】光电效应说明光具有粒子性，不是波动性的，故A错误；半衰期不会随地球环境的变化而变化，故B错误；氢原子辐射出一个光子后，其运动的半径减小，氢原子的电势能减小，核外电子的动能增大，故C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，揭示了原子的核式结构，故D错误。
13．A【解析】波尔理论可知，氢原子的核外电子从较高轨道跃迁到较低轨道时，要辐射一定频率的光子，同时电子动能增大，电势能减小，故A错误；α子散射实验中，少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，故B正确；普朗克把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化的理论，故C正确；据光电效应方程可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，故D正确。
14．BCD【解析】根据Ekm=hv–W0，可知，光电效应现象中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比，故A错误。根据质量亏损，结合质能方程可知，辐射大量能量，因而太阳质量在不断减小，故B正确。各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的发光频率不一样，因此每种原子都有自己的特征谱线，同时可通过光谱分析来鉴别物质和确定物质的组成，故C正确。玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念，指出氢原子从高能级跃迁到低能级，放出光子，而从低能级跃迁到高能级，吸收光子，故D正确。
15．A【解析】康普顿效应进一步证实了光的粒子特性，故A错误；经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，从而提出玻尔的原子模型，故B正确；普朗克提出电磁辐射的能量的量子化，能解释黑体辐射规律，故C正确；爱因斯坦提出了光子说：光传播是一份一份的，每一份能量为hγ，且成功地解释了光电效应现象，故D正确。
18．A C
【解析】同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程Ekm=hv–W0知，最大初动能不同，但是光电子的动能可能相同。
19．能量子 hv < C 光电子
【解析】黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释，1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子?=hv，1905年爱因斯坦从中得到启发，提出了光子说的观点，认为光子是组成光的最小能量单位，光子的能量表达式为hν；爱因斯坦根据光子说成功解释了光电现象中有关极限频率．最大初动能等规律，提出了著名的爱因斯坦光电效应方程Ek=hv–W0，若用它照射某种极限频率为υ0的金属不能发生光电效应则v20． –W 不变
【解析】光子的能量E0=，则每秒内发出的光子数n=．光子的动量p=mc=，根据光电效应方程得，光电子的最大初动能Ekm=–W。光子的最大初动能与频率有关，与入射光强度无关，故增大强度，最大初动能不变。
21．爱因斯坦的光电效应方程是：Ek=hν–W0，其中Ek是光电子的最大初动能，hν是光子的能量，W0是逸出功
【解析】根据对爱因斯坦光电效应方程的掌握分析答题。
22．n=9.05×101
【解析】波长为λ光子能量为：Ey=①
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则：n=②
式中，η=5%是灯泡的发光效率。联立①②式得：n=③
代入题给数据得：n=9.05×1018个