13.5能量量子化—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册练习Word版含答案

13.5能量的量子化
题号
一
二
三
总分
得分
一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）
关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有
A.
随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B.
随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C.
黑体辐射的强度与波长无关
D.
黑体辐射无任何实验规律
【答案】A
【解析】略
下列叙述错误的是
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的温度有关
D.
黑体虽然不反射电磁波，但却可以向外辐射电磁波
【答案】B
【解析】略
对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是
A.
温度
B.
材料
C.
表面状况
D.
以上都正确
【答案】A
【解析】略
已知某单色光的波长为，在真空中的光速为c，普朗克常量为h，则该单色光的能量子为
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】解：1个光子的能量，其中为光子的频率，而光速，故一个光子的能量：
，故A正确，BCD错误；
故选：A．
根据可以求一个光子的能量，而根据可以求出一个光子的能量用h、c、的表达式．
本题考查能量量子化。
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
【答案】C
【解析】
【分析】
能地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。
本题考查黑体和黑体辐射。
【解答】
A.能地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，所以黑体不一定是黑色的，故A错误；
一般物体除去与温度有关外，还和物体的材料及表面状态有关，而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错误，C正确；
D.如果在一个空腔上开一个小孔，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，这个小孔就成了一个绝对的黑体，故D错误。
故选C。
以下说法正确的是
A.
氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量减小
B.
紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增多，光电子的最大初动能增大
C.
氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同的频率的光，它的光谱是连续谱
D.
天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，射线是原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流
【答案】D
【解析】
【分析】
库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大动能转为电势能，因为吸收了光子，总能量变大；根据光电效应发生条件，可知，光电子的最大初动能与入射频率有关，与入射的强度无关；根据连续光谱与特征光谱的不同；天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构，即可求解。
本题需要理解原子跃迁的能量变化，同时掌握电子跃迁过程中，动能与电势能及总能量是如何变化等知识点，注意核外电子的动能、电势能和能量与轨道半径的关系，掌握天然放射现象的发现的物理意义，及影响光电子的最大初动能的因素。
【解答】
A、根据波尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循：，据此可知电子的动能减小；再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径的增大而增大。故A错误；
B、据光电效应可知，紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，即光子个数增多，所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多，但光电子的最大初动能不变。故B错误；
C、光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，是特征谱线，但它的光谱不是连续谱，故C错误；
D、天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，射线是原子核内的中子转变为质子时产生的，是高速电子流。故D正确。
故选：D。
氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线、、和，都是氢原子中电子从量子数的能级跃迁到的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A.
对应的前后能级之差最小
B.
同一介质对的折射率最大
C.
同一介质中的传播速度最大
D.
用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
【答案】A
【解析】解：A、四条谱线、、和，在真空中的波长由长到短，根据，可知，四条谱线、、和，的频率是由低到高；那么它们的能量也是由小到大，
而，则对应的前后能级之差最小，故A正确；
B、当在同一介质，由于，频率最大，那么其的折射率也最大，而对的折射率最小，故B错误；
C、在同一介质中，的折射率最大，由，可知，其传播速度最小，故C错误；
D、若用照射某一金属能发生光电效应，由于的频率小于，依据光电效应发生条件，其入射频率不小于极限频率则不一定能，故D错误；
故选：A。
由波长与频率关系，可判定四条谱线的频率高低，从而确定其的能量大小，再结合跃迁过程中，释放能量即为前后能级之差；由频率大小来判定折射率的高低，再由，来确定传播速度的大小；最后依据入射光的频率不小于极限频率时，才会发生光电效应现象来判断是否能发生光电效应。
考查跃迁过程中能级的高低，掌握频率的大小与折射率的高低的关系，理解光电效应发生条件。
处于能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有
A.
1种
B.
2种
C.
3种
D.
4种
【答案】C
【解析】
【分析】
能级间跃迁时，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，然后结合玻尔理论分析即可。
解决本题的关键知道光电效应的条件以及知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差。
【解答】
一群处于能级的大量氢原子跃迁时，辐射的光的频率有：，故C正确，ABD错误。
故选C。
如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从的能级跃迁到的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子????
A.
从的能级跃迁到的能级时的辐射光
B.
从的能级跃迁到的能级时的辐射光
C.
从的能级跃迁到的能级时的辐射光
D.
从的能级跃迁到的能级时的辐射光
【答案】A
【解析】
【分析】
解决本题的关键知道能级差与光子频率的关系，以及知道光子频率大小与波长大小的关系。
氢原子能级跃迁时，两能级间的能级差越大，辐射的光子能量越大，则光子频率越大，波长越小。
【解答】
谱线a是氢原子从的能级跃迁到的能级时的辐射光，波长大于谱线b，所以a光的光子频率小于b光的光子频率，所以b光的光子能量大于和间的能级差。跃迁到，跃迁到，跃迁到的能级差小于和的能级差。和间的能级差大于和间的能级差，故A正确，BCD错误。
故选A。
用国际单位制基本单位表示普朗克恒量h的单位，下列正确的是?
?
A.
B.
C.
D.
无单位
【答案】C
【解析】
【分析】
本题主要考查单位制和量纲法，知道基本单位和导出单位是解题的关键，应用物理公式进行单位的换算和推导方可正确解答。
【解答】
由可知力F的单位是，由合外力做功的公式?可知，功的单位是，普朗克常量由?可知，其中?是频率，单位是?，有量纲法可知普朗克常量的单位是，故C正确，ABD错误。
故选C。
二、多选题（本大题共2小题，共8.0分）
多选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黑体谱相关的说法中正确的是
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.
黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D.
普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【答案】ACD
【解析】
【分析】
本题考查热辐射的定义，什么是黑体辐射以及其特点，普朗克对黑体辐射的研究及提出的假说。属于知识识记型考点，容易题。
一切物体都在辐射电磁波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普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说。
【解答】
A.根据热辐射的定义知，一切物体都在辐射电磁波，故A正确；
B.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，B错误；
普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为辐射或吸收的能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射实质上是电磁辐射，C、D正确．
故选ACD。
如图为氢原子能级图，现有大量的氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，则
A.
氢原子的发射光谱是连续谱
B.
氢原子的能量是量子化的，各能级对应的能量是特定的
C.
频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的
D.
大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
【答案】BC
【解析】
【分析】
由于氢原子的轨道是不连续的，故氢原子的能级是不连续的即是分立的；氢原子的能量是量子化的，各能级对应的能量是特定的；根据，由能级跃迁到能级产生的光的频率最小；大量处于n能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子。
考查玻尔理论在高中阶段要求层次较低，难度不大，涉及内容较固定，只要掌握好波尔理论的内容，即可解决这类问题。
【解答】
A.由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级，故氢原子的能级是不连续的即是分立的，故A错误。
B.氢原子的能量是量子化的，各能级对应的能量是特定的，即，故B正确。
C.频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的，，故C正确。
D.大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，故D错误。
故选BC。
三、计算题（本大题共2小题，共20.0分）
氦氖激光器发射波长为的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为，则每秒发射多少个光子？
【答案】解：光子的能量，而，
所以，
因为发光功率已知，所以每秒发射额光子数为：
个个。
答：这种光的一个光子的能量是；若该激光器的发光功率为18mW，则每秒发射个光子。
【解析】略
氢原子处于基态时，原子的能量为，当处于的激发态时，能量为，则：
当氢原子从的激发态跃迁到的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？
若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？
若有大量的氢原子处于的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子？其中最长波长是多少？
【答案】解：根据能级之间能量差公式：得：；
光子的能量与波长之间的关系：
所以从激发态跃迁到发射光的波长：
要使处于基态的氢原子电离，照射光光子的能量应能使电子从第1能级跃迁到无限远处，最小频率的电磁波的光子能量应为：；
得：，
当大量氢原子处于能级时，可释放出的光子频率种类为：
据玻尔理论在这3种频率光子中，当氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光子波长最长
依据，那么
因此；
?m；
答：当氢原子从的激发态跃迁到的基态时，向外辐射的光子的波长是；
若要使处于基态的氢原子电离，至少要用频率的电磁波照射原子；
若有大量的氢原子处于的激发态，则在跃迁过程中可能释放出3种频率的光子，其中最长波长是?m．
【解析】根据级之间能量差公式：，再根据光子的能量与波长的关系即可求出；
由题意可知基态的氢原子吸收电子的全部动能刚好发生电离列出等式求解；
能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子能量越大，频率越大，波长越小．
解决本题的关键知道能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足掌握公式的应用，知道电离与跃迁的区别，并理解频率与波长的关系，注意单位的转换．
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