上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-5：2.1拨开黑体辐射的疑云 课时练（含解析）

2.1拨开黑体辐射的疑云
1．下列说法正确的是（ ）
A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的
C．在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值
D．在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
2．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为v的电磁波，且与U成正比，即v = kU．已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象为机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为
A． B． C．2eh D．
3．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
4．科学家设想在未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船．设某飞船所在地每秒每单位面积接收的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆板面积为S，反射率为100%，光子动量．设太阳光垂直射到太阳帆板上，飞船总质量为m，则飞船加速度的表达式为（ ）
A． B． C． D．
5．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量取6.63×10-34J?S，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（ ）
A．2.3×10-18W B．3.8×10-19W C．7.0×10-18W D．1.2×10-18W
6．2019年5月20日是第20个“世界计量日”，当日，第26届国际计量大会通过的关于国际单位制（SI）基本单位变革的决议生效实施。第26届国际度量衡大会上，重新定义了千克。新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体。其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是
A．J?s B．J/s
C．kg·m2/s D．Kg·m2·s3
7．每个光子的能量取决于光的（ ）
A．振幅 B．波长 C．频率 D．速度
8．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（ ）
A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有所增加
B．随着温度降低，各种波长的辐射强度都有所增加
C．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
D．随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
9．关于热辐射，下列说法正确的是（ ）
A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、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
10．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
11．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，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．
B．
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
12．下列叙述正确的是
A．一切物体都在辐射电磁波，电磁波具有能量
B．光是一种电磁波
C．普朗克提出了能量子假说
D．自然界的能量守恒，不同形式的能可互相转化，所以不需要节约能源
13．黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？
14．太阳光垂直照射到地面上时，地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%．
（1）假如认为可见光的波长约为，日地间距离，普朗克常量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？
（2）若已知地球的半径，估算地球接收的太阳光的总功率．
参考答案
1．C
【解析】
A．一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况等因素有关，故A错误；
B．黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；
C．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；
D．根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，故D错误。
故选C。
2．B
【解析】
根据题中给出的v=kU，和普朗克能量子E=hv可知E=hKU，则k=，再根据电流做功W=UIt=qU，k=，选B．另外本题也可根据单位制判断，由v=kU可得k的单位为，B选项中的单位为，所以B正确．
3．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有增加；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满意的解释，B对．
4．D
【解析】
时间内太阳帆板接收的光子数为
这些光子的总动量大小
反射后光子的总动量大小
则飞船所受力
联立得
由牛顿第二定律得
故D正确。
故选D。
5．A
【解析】
绿光光子能量J，每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔才能
被入察觉，所以W．
A.由计算可知人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是2.3×10-18W，故A正确；
B.由计算可知人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是2.3×10-18W，故B错误；
C.由计算可知人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是2.3×10-18W，故C错误；
D.由计算可知人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是2.3×10-18W，故D错误．
6．C
【解析】
AB．J不是国际单位制的基本单位，故AB错误；
CD．根据E=hv解得：
则 h的单位是
故C正确，D错误。
7．C
【解析】
根据可判断出光子的能量只与与光子的频率因素有关，与振幅、波长和速度均无关。
8．AD
【解析】
AB．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，故A正确，B错误；
C．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，故C错误；
D．随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故D正确。
故选AD。
9．BCD
【解析】
A．物体在室温下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，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；
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，故D正确。
故选BCD。
10．BC
【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；
BC．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BC正确；
D．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。
故选BC。
11．AD
【解析】
AB．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．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，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．
12．ABC
【解析】
A．一切物体都在辐射电磁波，电磁波具有能量，选项A正确；
B．光是一种电磁波，选项B正确；
C．普朗克提出了能量子假说，选项C正确；
D．自然界的能量守恒，但能直接应用的能源使用后品质降低，不能直接应用，所以可利用能源越来越少，需要节约能源，故D错误。
13．不对
【解析】
黑体可以完全吸收入射的电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体同时辐射和吸收电磁波．黑体达到高温时所辐射的电磁波中强度较大的是可见光和紫外线，此时黑体是明亮的．黑体可以是发光的物体，本身可以有较强的辐射，看上去并不一定是黑色的，也可能看上去很明亮，例如炼钢炉上的小孔。
14．（1）个 （2）
【解析】
(1)设地面上垂直于阳光的面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有
设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求可见光光子数
联立得个．
(2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直．接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收太阳光的总功率P，则有