高中物理人教版选修3-5 作业题 17.1 能量量子化 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 作业题 17.1 能量量子化 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 106.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-10-15 18:56:10 | ||
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文档简介
能量量子化
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．红、黄、绿、紫四种单色光中，能量最小的是( B )
A．紫光光子 B．红光光子
C．绿光光子 D．黄光光子
解析：光子能量ε＝hν，由光的频率ν红<ν黄<ν绿<ν紫知，红光光子能量最小，B正确．
2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( B )
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特征，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．
3．很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是( C )
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
解析：根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，人的体温的高低，直接决定了辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况，就可知道这个人的体温，故C正确，A、B、D错误．
4．关于对黑体的认识，下列说法正确的是( C )
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，故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，故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误．
5．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况．由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为( D )
A．2.5 μm～3.5 μm B．4 μm～4.5 μm
C．5 μm～7 μm D．8 μm～13 μm
解析：由图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8 μm～13 μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5 μm～13 μm.综上可知选D.
6．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( A )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到的最小功率为
P＝＝ W
＝2.3×10－18 W.
7．关于黑体辐射的研究，物理学家曾经用热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释，德国的维恩和英国的瑞利分别提出了辐射强度与波长的理论公式．维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验偏很大，瑞利公式在长波区与实验基本一致，而短波区与实验严重不符，根据以上信息，可推知以上二位物理学家曾经用的物理知识作为理论依据而进行的研究正确的是( AD )
A．德国的维恩研究的理论根据是热力学
B．英国的瑞利研究的理论根据是热力学
C．德国的维恩研究的理论根据是电磁学
D．英国的瑞利研究的理论根据是电磁学
8．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( ACD )
A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：微波是一种电磁波，传播不需要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C正确．
9．一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，若在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列叙述正确的是( AC )
A．该激光在真空中的波长为nλ
B．该波的频率为
C．该激光器在t s内辐射的能量子数为
D．该激光器在t s内辐射的能量子数为
解析：由n＝知在介质中速度v＝.在真空中波长λ真＝＝＝nλ，故A正确；频率ν＝＝，故B错误；在t s内辐射能量E＝Pt，每个能量子能量ε＝hν＝h，故在t s内辐射的能量子数为＝，故C正确，D错误．
二、非选择题
10．激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光．红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲．现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间为Δt＝1.0×10－11 s，波长为793.4 nm，则每列光脉冲的长度l是3×10－3_m，其中含有的能量子数N是4.0×1017个．
解析：每列光脉冲的长度
l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11 m＝3×10－3 m.
由光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量关系PΔt＝Nε得N＝＝
≈4.0×1017个．
11．某广播电台发射功率为10 kW、在空气中波长为187.5 m的电磁波，试求：
(1)该电台每秒钟从天线发射多少个电磁波能量子？
(2)若向四面八方发射的能量子视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率．
答案：(1)1031个 (2)4×1023个 4×10－4 W
解析：(1)每个能量子的值
ε＝hν＝hc/λ＝6.63×10－34×3×108/187.5 J
≈1.06×10－27 J.
则每秒钟电台发射上述波长的光子数
N＝P·t/ε＝104×1/(1.06×10－27)≈1031(个)．
(2)设环状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而环状天线的面积S′＝πr2，所以n＝×N＝4×1023(个)；接收功率P收＝·P＝4×10－4 W.
12．一光源的功率P＝40 W，发光效率η＝6%，发出频率为ν＝6×1014 Hz的可见光．已知普朗克常量h＝6.626×10－34 J·s.求：
(1)光源每秒发出的能量子数；
(2)若每秒有10个能量子进入瞳孔就能引起视觉，瞳孔的直径d＝5 mm，则能看到光源的最大距离是多少？
答案：(1)6.04×1018个 (2)9.7×105 m
解析：(1)光源每秒发出光的能量E＝Pηt，由E＝Nε及ε＝hν得Pηt＝Nhν，
则N＝＝个≈6.04×1018个．
(2)设能看到光源的最大距离为R，光源向周围均匀辐射，每秒内通过距光源R处单位面积的光子数为，每秒内通过瞳孔的光子数n＝·d2＝，故R＝＝ m≈9.7×105 m.
时间：45分钟
一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)
1．红、黄、绿、紫四种单色光中，能量最小的是( B )
A．紫光光子 B．红光光子
C．绿光光子 D．黄光光子
解析：光子能量ε＝hν，由光的频率ν红<ν黄<ν绿<ν紫知，红光光子能量最小，B正确．
2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( B )
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特征，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．
3．很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是( C )
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
解析：根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，人的体温的高低，直接决定了辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况，就可知道这个人的体温，故C正确，A、B、D错误．
4．关于对黑体的认识，下列说法正确的是( C )
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，故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，故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误．
5．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况．由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为( D )
A．2.5 μm～3.5 μm B．4 μm～4.5 μm
C．5 μm～7 μm D．8 μm～13 μm
解析：由图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8 μm～13 μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5 μm～13 μm.综上可知选D.
6．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( A )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到的最小功率为
P＝＝ W
＝2.3×10－18 W.
7．关于黑体辐射的研究，物理学家曾经用热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释，德国的维恩和英国的瑞利分别提出了辐射强度与波长的理论公式．维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验偏很大，瑞利公式在长波区与实验基本一致，而短波区与实验严重不符，根据以上信息，可推知以上二位物理学家曾经用的物理知识作为理论依据而进行的研究正确的是( AD )
A．德国的维恩研究的理论根据是热力学
B．英国的瑞利研究的理论根据是热力学
C．德国的维恩研究的理论根据是电磁学
D．英国的瑞利研究的理论根据是电磁学
8．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( ACD )
A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：微波是一种电磁波，传播不需要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C正确．
9．一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，若在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列叙述正确的是( AC )
A．该激光在真空中的波长为nλ
B．该波的频率为
C．该激光器在t s内辐射的能量子数为
D．该激光器在t s内辐射的能量子数为
解析：由n＝知在介质中速度v＝.在真空中波长λ真＝＝＝nλ，故A正确；频率ν＝＝，故B错误；在t s内辐射能量E＝Pt，每个能量子能量ε＝hν＝h，故在t s内辐射的能量子数为＝，故C正确，D错误．
二、非选择题
10．激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光．红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲．现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间为Δt＝1.0×10－11 s，波长为793.4 nm，则每列光脉冲的长度l是3×10－3_m，其中含有的能量子数N是4.0×1017个．
解析：每列光脉冲的长度
l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11 m＝3×10－3 m.
由光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量关系PΔt＝Nε得N＝＝
≈4.0×1017个．
11．某广播电台发射功率为10 kW、在空气中波长为187.5 m的电磁波，试求：
(1)该电台每秒钟从天线发射多少个电磁波能量子？
(2)若向四面八方发射的能量子视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率．
答案：(1)1031个 (2)4×1023个 4×10－4 W
解析：(1)每个能量子的值
ε＝hν＝hc/λ＝6.63×10－34×3×108/187.5 J
≈1.06×10－27 J.
则每秒钟电台发射上述波长的光子数
N＝P·t/ε＝104×1/(1.06×10－27)≈1031(个)．
(2)设环状天线每秒接收能量子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S＝4πR2，而环状天线的面积S′＝πr2，所以n＝×N＝4×1023(个)；接收功率P收＝·P＝4×10－4 W.
12．一光源的功率P＝40 W，发光效率η＝6%，发出频率为ν＝6×1014 Hz的可见光．已知普朗克常量h＝6.626×10－34 J·s.求：
(1)光源每秒发出的能量子数；
(2)若每秒有10个能量子进入瞳孔就能引起视觉，瞳孔的直径d＝5 mm，则能看到光源的最大距离是多少？
答案：(1)6.04×1018个 (2)9.7×105 m
解析：(1)光源每秒发出光的能量E＝Pηt，由E＝Nε及ε＝hν得Pηt＝Nhν，
则N＝＝个≈6.04×1018个．
(2)设能看到光源的最大距离为R，光源向周围均匀辐射，每秒内通过距光源R处单位面积的光子数为，每秒内通过瞳孔的光子数n＝·d2＝，故R＝＝ m≈9.7×105 m.