四川省内江第六中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.1量子概念的诞生 同步练习（含解析）

4.1量子概念的诞生
1．以下哪位科学家首先提出能量子的概念 （ ）
A．楞次 B．安培
C．普朗克 D．焦耳
2．2019年北京时间4月10日21时，人类历史上首张黑洞照片被正式披露，引起世界轰动．黑洞是一类特殊的天体，质量极大，引力极强，在它附近（黑洞视界）范围内，连光也不能逃逸，并伴随很多新奇的物理现象．传统上认为，黑洞“有进无出”，任何东西都不能从黑洞视界里逃逸出来．但霍金、贝肯斯坦等人经过理论分析，认为黑洞也在向外发出热辐射，此即著名的“霍金辐射”，因此可以定义一个“黑洞温度”T：常量，c为真空中的光速，G为万有引力常量，M为黑洞质量，k是一个有重要物理意义的常量，叫做“玻尔兹曼常量”．以下几个选项，不能用来表示“玻尔兹曼常量”单位的是：
A． B． C．J·K-1 D．
3．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．温度高的物体向外辐射电磁波，温度低的物体只吸收不辐射的电磁波
B．爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”
C．黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关
D．常温下我们看到物体是因为物体在不断辐射电磁波
4．关于物理学史，下列说法错误的是
A．伽利略通过斜面实验推断出自由落体运动的速度随时间均匀变化，他开创了研究自然规律的科学方法，这就是将数学推导和科学实验相结合的方法
B．牛顿在伽利略笛卡儿、开普勒等人研究的基础上，采用归纳与演绎综合与分析的方法，总结出了普遍适用的力学运动规律——牛顿运动定律和万有引力定律
C．奥斯特发现了导线附近小磁针的偏转，从而得出电流的磁效应，首次揭示了电流能够产生磁场
D．爱因斯坦首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子
5．如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则下列说法错误的是(　　)
A．各种波长的辐射强度都有增加
B．只有波长短的辐射强度增加
C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小
6．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体符合实验规律的是
A．B．C．D．
7．下列说法正确的是（ ）
A．电子的发现使人们认识到原子是可以再分的
B．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
C．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D．康普顿效应为物质波理论提供了实验支持
8．关于黑体和黑体辐射，下列叙述正确的是(　 　)
A．爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波
C．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
D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
9．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是
A．T1 >T2
B．T1C．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越长
D．温度越高，辐射强度的极大值就越大
10．关于热辐射，下列说法正确的是
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．随着黑体的温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
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
11．能引起人的视觉的光的最小强度是每秒钟单位面积上获得n个光子的能量，一点光源以功率P向外发出波长λ的单色光．以h表示普朗克恒量，c表示光速，则 ： ( )
A．光源每秒钟发出Pλ/hc个光子
B．当人距光源以外就看不到光源
C．光源每秒钟发出hc/Pλ光子
D．当人距光源以外就看不到光源
12．以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是（ ）
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
C．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
D．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
13．用功率P0=1W的光源，照射离光源3m处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长为589nm的单色光，求：1s内打到金属1m2面积上的光子数。
14．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．
参考答案
1．C
【解析】
首先详细地总结了感应电流方向所满足的规律，是由楞次发现的，故A错误；安培提出了分子电流假说，故B错误；普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，故C正确；焦耳提出了焦耳定律，故D错误；故选C
2．A
【解析】
由可得，则k的单位是：，则不能用来表示“玻尔兹曼常量”单位的是A，故选A.
3．C
【解析】
温度高的物体和温度低的物体都向外辐射电磁波，选项A错误；普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”，选项B错误；黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关，选项C正确；常温下我们看到物体是因为物体在不断反射可见光，不是物体辐射电磁波，选项D错误.
4．D
【解析】
伽利略通过斜面实验推断出自由落体运动的速度随时间均匀变化，他开创了研究自然规律的科学方法，这就是将数学推导和科学实验相结合的方法，选项A正确；牛顿在伽利略笛卡儿、开普勒等人研究的基础上，采用归纳与演绎综合与分析的方法，总结出了普遍适用的力学运动规律……牛顿运动定律和万有引力定律，选项B正确； 奥斯特发现了导线附近小磁针的偏转，从而得出电流的磁效应，首次揭示了电流能够产生磁场，选项C正确；普朗克首先提出当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子，选项D错误；此题选择不正确的选项，故选D.
5．B
【解析】
由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，AC正确．随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小，故D正确．此题选择错误的选项，故选B．
6．D
【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AC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B错误，D正确．故选D．
7．ABC
【解析】
电子的发现使人们认识到原子是可以再分的，选项A正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，选项B正确；卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项C正确；康普顿效应表明光子有能量，也有动量，为光的粒子性理论提供了实验支撑，故D错误.
8．BC
【解析】
A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，A错误。
B.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波，是一个理想模型，B正确。
C.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，C正确。
D.黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误。
9．AD
【解析】A. B. 不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的,温度越高向外辐射的能量中频率小的波越多,所以T1>T2.故A正确，B错误；
C. 向外辐射强度最大的电磁波的波长随温度升高而减小，故C错误；
D. 由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D正确。
故选AD。
10．BD
【解析】
A．一切物体都有热辐射，温度较高的物体热辐射越强，故A错误；
B．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B正确；
C．黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向，故C错误；
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，故D正确。
11．AB
【解析】
波长为λ的单色光，若已知普朗克恒量为h，光速为c，则光子的频率为 ，光子的能量
则每秒光源能量为P，所以光源每秒钟发出光子数为N，由，则有每秒的光子数：
，设人距离光源为r，单位面积上每秒钟获得n个光子，则单位面积的光子能量为，那么每秒内球面积的获得的能量为：，解得：．故AB正确．
12．BD
【解析】
A.物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；
B.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，
故B正确；
C.太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气的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，故C错误；
D.黑体辐射随着波长越短温度越高辐射越强，所以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D正确。
13．个
【解析】?离光源3m处的金属板每1s内单位面积上接受的光能为
因为每个光子的能量为
所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为个
14．（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．