4.1量子概念的诞生 达标作业（解析版)

4.1量子概念的诞生
达标作业（解析版)
1．下列关于热辐射和黑体辐射说法不正确的是（ ）
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．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值像波长较短的方向移动
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
2．下列说法正确的是
A．铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．发生光电效应时，入射光越强，则光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
C．用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核，都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分
D．用能量为11.0 eV的光子照射处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态
3．下列说法中错误的是(　　)
A．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
B．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的
C．据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能量
D．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要放出能量
4．下列说法正确的是(????)
A．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
B．结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
C．衰变说明原子核内部在电子
D．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的链式裂变反应
5．在自然界生态系统中，蛇与老鼠等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，它通过接收热辐射来发现老鼠的存在。假设老鼠的体温约为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmax，根据热辐射的理论，λmax与辐射源的绝对温度T(T＝t＋273 K)的关系近似为λmaxT＝2.90×10－3m·K。则老鼠发出的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
6．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示.则下述正确的是：
A．a光光子的能量较大
B．在水中a光传播的速度较大
C．b光光子的能量较大
D．若用a光照射某金属时不能发生光电效应，则用b 光照射该金属时也不能发生光电效应
7．如图所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中的a、b、c三种色光，并分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹，比较这三种色光的光子能量以及产生的干涉条纹间距大小，下面说法正确的是
A．a的光子能量最大
B．a的光子能量最小
C．a形成的干涉条纹间距最大
D．a形成的干涉条纹间距最小
8．关于热辐射下列说法中正确的是
A．物体在室温时辐射的主要成分是波短较长的电磁波
B．随着温度的升高热辐射中较短波长的成分越来越多
C．给一块铁块加热依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色
D．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性
9．关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ）
A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．高频光是粒子，低频光是波
D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
10．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量．在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图．图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（　　）
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
11．阅读如下资料并回答问题：
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，因此被称为热辐射．热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．
处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0＝σT4，其中常量σ＝5．67×10－8 W/（m2·K4）．
在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．
有关数据及数学公式：太阳半径RS＝6．96×105 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球的半径．
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7～1×10－5 m范围内，求相应的频率范围．
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为πr2（r为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．
12．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：
（1）每次“点焊”视网膜的时间．
（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．
13．第26届国际计量大会决定，质量单位“千克”用普朗克常量定义，“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”的数值为，根据能量子定义，的单位是______，该单位用国际单位制中的力学基本单位表示，则为______．
14．一灯泡的电功率为P，若消耗的电能看成全部以波长为入的光波均匀地向周围辐射，设光在空气的传播速度近似为真空中的光速c，普朗克常量为h．则这种光波光子的能量为_____，在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为________．
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
一切物体都在辐射电磁波，故A正确。物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与其它因素有关。故B错误。黑体辐射的强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，故C正确。能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故D正确。此题选择不正确的选项，故选B。
【点睛】
解决本题的关键知道黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．
2．C
【解析】
根据爱因斯坦质能方程可知，裂变时释放能量是因为发生了亏损质量，△E=△mC2，故A错误；发生光电效应时，入射光的频率越高，光子的能量越大，由：Ekm=hγ-W逸出功得，逸出的光电子的最大初动能就越大，而与入射光的强度无关，故B错误；用α粒子轰击氮、氟、钠、铝等元素的原子核，都可以打出质子，因此人们断定质子是原子核的组成部分，选项C正确；11.0eV的能量不等于基态与其它能级间的能级差，所以不能吸收而发生跃迁，故D错误；故选C．
3．B
【解析】
【详解】
根据黑体辐射规律可知，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A正确；天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故B错误；据图可知，原子核A裂变成原子核B和C过程中有质量亏损，故会放出核能，故C正确；据图可知，原子核D和E聚变成原子核F过程中有质量亏损，故会放出核能，故D正确；此题选择错误的选项，故选B。
【点睛】
本题考查了α粒子散射实验、卢瑟福的原子核实结构模型、质量亏损等概念，目前各大省市对于近代物理初步的知识点考查较为简单，可以适当的记忆．
4．A
【解析】
【详解】
普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，A正确；比结合能越大的原子核越稳定，B错误；衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，原子核内部没有电子，C错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，D错误。
5．B
【解析】
【详解】
体温为37 ℃，热力学温度，据可得：。故B项正确，ACD三项错误。
6．BC
【解析】
【分析】
根据双缝干涉条纹的间距公式比较出两束光的波长大小关系，从而得出频率关系和折射率关系，根据，去判断光子能量的大小以及在介质中的速度大小．根据光子能量的大小判断是否能够发生光电效应．
【详解】
a光的间距大于b光，由得a光的波长大于b光的波长，根据知，a光的频率小于b光的频率，根据公式可知b光光子的能量大，A错误C正确；a光的频率小于b光的频率，a光的折射率小于b光的折射率，根据得，a光的折射率小，则a光在水中的传播速度大，B正确；若用a光照射某金属没有光电子逸出，因为a光的频率小于b光，所以b光照射该金属时不一定没有光电子逸出，D正确．
7．BC
【解析】
【分析】
根据光的偏折程度比较出三种色光的折射率大小，从而得出频率、波长大小，根据双缝干涉条纹的间距公式比较条纹间距的大小．
【详解】
c光的偏折程度最大，则c光的折射率最大，则频率最大，根据，知c光的光子能量最大，a光的光子能量最小，A错误B正确；a光的频率最小，则a光的波长最长，根据知，a光形成的干涉条纹间距最大，C正确D错误．
【点睛】
解决本题的突破口在于通过光的偏折程度比较出光的折射率大小，知道折射率、频率、波长等大小的关系：折射率越大，光的频率越大，波长越小．
8．BCD
【解析】
【详解】
A、物体在室温时辐射的主要成分是波长较长的电磁波，以不可见的红外光为主，故A错误；
B、随着温度的升高热辐射中较短波长的成分越来越多，故B正确；
C、给一块铁块加热依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；
D、辐射强度按照波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确；
故选BCD．
【点睛】
热辐射是物体由于具有温度而辐射电磁波的现象．温度较低时热辐射，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区．当物体的温度在500℃以上至800℃时，热辐射中最强的波长成分在可见光区．
9．AD
【解析】
【详解】
ABD．光同时具备波的性质和粒子的性质，大量光子表现出波动性，个别光子表现为粒子性，故AD正确B错；
C．波长越大、频率越小波动性越明显，而不是说其是波，故C错；
10．BD
【解析】
【分析】
根据黑体辐射的实验规律以及黑体模型的概念分析讨论．
【详解】
从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，B正确；从图中可以看出，辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，D正确．
【点睛】
如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体；黑体可以辐射出任何频率的电磁波；当黑体温度升高时，辐射的各个频率的部分的强度均变大，同时辐射强度极大值向波长较短的方向移动．
11．（1）3×1013～1．5×1015 Hz （2）1．38×1030J （3）204 K
【解析】首先由频率公式ν＝，求出太阳辐射的频率范围，然后根据单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的关系式P0＝σT4，求出每小时太阳辐射的总能量，接着可认为太阳各个方向均匀辐射，即能量均匀分布到各个方向上，通过太阳辐射的总能量即可求出火星单位面积单位时间吸收的能量，最后认为火星达到热平衡时吸收的能量等于辐射的能量，即可求出火星的温度．
（1）由ν＝得，ν1＝＝Hz＝1．5×1015 Hz，ν2＝＝Hz＝3×1013 Hz，所以辐射的频率范围是3×1013～1．5×1015 Hz．
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量E＝P0t·S＝σT4t·4π，式中t＝3 600 s，
代入数据得E＝5．67×10－8×5 7704×3 600×4×3．14×（6．96×105×103）2 J＝1．38×1030 J．
（3）火星单位时间内吸引来自太阳的辐射能量P入＝4πσT4·＝
火星单位时间单位面积内向外辐射的能量为σT′4
所以火星单位时间内向外辐射的能量P出＝4πr2σT′4（其中4πr2为火星的表面积，T′为火星的温度）
火星处于热平衡状态，则P入＝P出，
即＝4πr2σT′4
得火星的温度T′＝＝204 K．
12．（1） （2）个
【解析】
【详解】
(1)已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J，根据E=Pt得，每次“点焊”视网膜的时间是
(2)设每个光子的能量为E0，则
在这段时间内发出的激光光子的数量
13．
【解析】
【详解】
由，能量的单位为，频率的单位为，故h的单位为，又因能量的单位换成力学基本单位可表示为，则h的单位为
14．
【解析】
【详解】
[1]．由得光波子能量；
[2]．在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积能量，所以单位时间内通过的光子数为