高中物理人教版物理选修3-5练习 第十七章　1　能量量子化 Word版含解析

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第十七章
波粒二象性
1　能量量子化
基础巩固
1.关于对黑体的认识,下列说法正确的是(　　)
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体
解析:黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,选项A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,选项B错误,选项C正确。小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此小孔成了一个黑体,而不是空腔,选项D错误。
答案:C
2.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
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,故选项B正确。
答案:B
3.红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是(　　)
A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光
解析:在红、橙、黄、绿四种颜色的光中,红光的波长最长而频率最小,由光子的能量ε=hν可知红光光子能量最小。
答案:A
4.已知某种单色光的波长为λ,在真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子ε的值为(　　)
A.?
??
??
B.
?
??
C.
??
???
D.以上均不正确
解析:由波速公式v=λν可得ν=
??
??
由光的能量子公式ε=hν=?
??
??
故选项A正确。
答案:A
5.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是(　　)
/
解析:随着温度的升高,辐射强度增加,辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动,选项A正确。
答案:A
6.(2017·上海卷)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.速度的二次方成正比
解析:由E=hν、c=λν得E=hν=?
??
??
,可见光子的能量与其频率成正比,与其波长成反比,A正确,B错误;任意能量的光子在真空中传播的速度都是相同的,故C、D错误。
答案:A
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,则激光器每秒发射的能量子数为(　　)
A.
????
???
B.
???
????
C.
??????
?
D.???????
解析:每个能量子ε=hν=
???
??
,每秒发射的总能量为P,则n=
??
??
=
????
???
。
答案:A
8.已知功率为100 W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量。假定所发出的可见光的波长都是560 nm,计算灯泡每秒内发出的光子数。光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
答案:1.4×1019个
能力提升
1.(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
解析:根据热辐射的定义知,选项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,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体的温度有关,故选项B错误,选项C正确;根据黑体的定义知选项D正确。
答案:ACD
2.(多选)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
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
解析:根据普朗克提出的理论知选项A、B、D正确,即能量是不连续的,而是量子化的,选项C错误。
答案:ABD
3.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知 (　　)
/
A.随温度的升高,各种波长的辐射强度都增加
B.随温度的降低,各种波长的辐射强度都增加
C.随温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.随温度的降低,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
解析:由题图可知,随温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加,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,上述变化相反。故正确选项为A、C。
答案:AC
4.一束红光从空气射入玻璃,则这束红光的能量子将(　　)
A.变小 B.变大
C.不变 D.不能确定
解析:能量子为ε=hν,光从空气射入玻璃后频率并不改变,因此选项C正确。
答案:C
5.★在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmin。根据热辐射理论,λmin与辐射源的热力学温度T的关系近似为 Tλmin=2.90×10-3 m·K。则老鼠发出最强的热辐射的波长为(　　)
A.7.8×10-5 m B.9.4×10-6 m
C.1.16×10-4 m D.9.7×10-8 m
解析:λmin=
2.90×1
0
-3
m·K
(273+37)K
=9.4×
10
?6
m。
答案:B
6.神光Ⅱ装置是我国自行研制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?(取两位有效数字)
解析:每个光子的能量ε=hν=
???
??
,故所含的光子数为
n=
??
??
=
????
???
=
2 400×0.35×1
0
-6
6.63×1
0
-34
×3×1
0
8
≈4.2×1021。
答案:4.2×1021个
7.★太阳光垂直射到地面上时,地面上1 m2接收太阳光的功率为1.4 kW,其中可见光部分约占45%。
(1)假设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,估算太阳每秒射出的可见光能量子数有多少个;
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m,估算地球接收的太阳光的总功率。
解析:(1)设地面上垂直阳光每平方米面积上每秒接收的可见光能量子数为n,则有Pt×45%=n?
??
??
,则
n=
????·??×45%
???
=
0.45×0.55×1
0
-6
×1.4×1
0
3
×1
6.63×1
0
-34
×3×1
0
8
=1.74×1021
则太阳每秒射出的可见光能量子数N=n·4πR2=1.74×1021×4×3.14×(1.5×1011)2 =4.9×1044 。
(2)地球接收阳光的总功率为P地=P·πr2=1.4×3.14×(6.4×106)2 kW=1.8×1014 kW。
答案:(1)4.9×1044个　(2)1.8×1014 kW