高二物理舉一反三系列（人教版必修第三冊(cè)）專(zhuān)題13.5 能量量子化（教師版）

專(zhuān)題13.5能量量子化【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1熱輻射問(wèn)題】 【題型2能量子的理解與計(jì)算】 【題型3能級(jí)問(wèn)題】 【題型4聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題】 【題型5物理史實(shí)】 【題型1熱輻射問(wèn)題】【例1】“測(cè)溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來(lái)的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ的變化情況是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大 D．I減小，λ減小解析：選B根據(jù)黑體輻射規(guī)律，可知隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增大，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故人體熱輻射強(qiáng)度I隨溫度的升高而增大，其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)減小，B正確?！咀兪?-1】下列說(shuō)法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)和表面情況有關(guān)【答案】D【詳解】A．任何物體在任何溫度下都存在輻射，溫度越高輻射的能力越強(qiáng)，故A錯(cuò)誤；BC．能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)也可以很明亮，故BC錯(cuò)誤；D．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料、形狀無(wú)關(guān)，而一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)和表面情況有關(guān)，故D正確。故選D?！咀兪?-2】（多選）下列說(shuō)法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以有較強(qiáng)的輻射D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)和表面情況有關(guān)【答案】CD【解析】A．任何物體在任何溫度下都存在輻射，溫度越高輻射的能量越多，故A錯(cuò)誤；BC．能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)也可以很明亮，故B錯(cuò)誤，C正確；D．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料、形狀無(wú)關(guān)，而一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)和表面情況有關(guān)，故D正確。故選CD?！咀兪?-3】(多選)下列敘述正確的是()A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案ACD解析根據(jù)熱輻射定義知，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知，一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)、表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)黑體定義知，D正確．【題型2能量子的理解與計(jì)算】【例2】蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫為37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為，根據(jù)熱輻射理論，與輻射源的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為，普朗克常量。那么老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)和老鼠發(fā)出的這種最強(qiáng)的熱輻射每份能量子（又叫作光子）的能量分別是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【詳解】由題意則根據(jù)公式故選B?！咀兪?-1】普朗克常量，光速為c，電子質(zhì)量為，則在國(guó)際單位制下的單位是()A.J/s B.m C.J·m D.m/s答案：B解析：本題考查力學(xué)單位，的單位是，B項(xiàng)正確。（另解：光子的動(dòng)量公式，則，可見(jiàn)就是波長(zhǎng)，故其單位為m。）【變式2-2】（多選）關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是（）A．認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的B．認(rèn)為能量值是連續(xù)的C．認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的【答案】AD【詳解】普朗克的理論認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的。故選AD。【變式2-3】（多選）1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量D．能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的【答案】ABC【詳解】能量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量，故ABC符合題意，D不符合題意。故選ABC。【題型3能級(jí)問(wèn)題】【例3】(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．原子的能量是連續(xù)的，原子的能量從某一能量值變?yōu)榱硪荒芰恐?，可以連續(xù)變化B．原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)放出光子C．原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，且光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差D．由于能級(jí)的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線答案CD解析原子的能量是量子化的，原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)向外放出光子．光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能級(jí)是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線，故C、D正確．【變式3-1】已知?dú)湓幽芗?jí)公式為En＝eq\f(E1,n2)，其中n為量子數(shù)。氫原子從n能級(jí)向n－1能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的能量可以使處于n能級(jí)上的氫原子電離，則n的最大值為()A.2 B.3C.2＋eq\r(2) D.4答案B解析氫原子從n能級(jí)向n－1能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的能量ΔE＝En－En－1＝eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,（n－1）2)，由題意可知eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,（n－1）2)≥0－eq\f(E1,n2)，由數(shù)學(xué)知識(shí)可得n≤2＋eq\r(2)或n≤2－eq\r(2)，故n的最大值應(yīng)取3，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。【變式3-2】（多選）關(guān)于原子光譜，下列說(shuō)法正確的是（）原子光譜是不連續(xù)的由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含有那些元素解析：選ACD,原子光譜為線狀譜，選項(xiàng)A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確；對(duì)各種原子的特征譜線進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，選項(xiàng)D正確。故選ACD?！咀兪?-3】（多選）丹麥物理學(xué)家玻爾意識(shí)到了經(jīng)典理論在解釋原子結(jié)構(gòu)方面的困難。在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛(ài)因斯坦關(guān)于光子的概念的啟發(fā)下，他在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)。如圖為氫原子的電子軌道示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子離原子核越遠(yuǎn)，原子的總能量越大，氫原子的總能量是負(fù)值B．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，電子的電勢(shì)能增加，動(dòng)能減少C．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，電子電勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量D．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)輻射的光子的能量比電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)吸收的光子的能量大解析：選BC,A．電子離原子核越遠(yuǎn)，原子的總能量越大，當(dāng)規(guī)定離原子核無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零時(shí)，氫原子的總能量是負(fù)值，當(dāng)沒(méi)有規(guī)定零電勢(shì)能的位置時(shí)，無(wú)法判斷氫原子總能量的正負(fù)，A錯(cuò)誤；B．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，庫(kù)侖力做負(fù)功，電子的電勢(shì)能增加，動(dòng)能減少，B正確；C．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，庫(kù)侖力做正功，電子的電勢(shì)能減少，動(dòng)能增加，又總能量減少，因此電子電勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，C正確；D．根據(jù)玻爾理論可知，躍遷時(shí)輻射和吸收光子的能量由前后兩個(gè)能級(jí)的能級(jí)差決定，所以電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)輻射的光子的能量小于電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)吸收的光子的能量，D錯(cuò)誤。故選BC?！绢}型4聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題】【例4】2020年12月我國(guó)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍。關(guān)于量子，下列說(shuō)法正確的是（）A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序 B．表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念 D．類(lèi)似于質(zhì)子、中子的微觀粒子【答案】C【詳解】量子是不可分割的最小的單元，體現(xiàn)了物質(zhì)的不連續(xù)性，即通常所說(shuō)的“量子化”。故選C?！咀兪?-1】（多選）某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1.5×10-6m，功率為5.0×10-3W的連續(xù)激光．已知可見(jiàn)光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，該激光器發(fā)出的A．是紫外線 B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10-18J D．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個(gè)【答案】BD【詳解】波長(zhǎng)的大小大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，屬于紅外線．故A錯(cuò)誤，B正確．光子能量．故C錯(cuò)誤．每秒鐘發(fā)出的光子數(shù)．故D正確．故選BD．【點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵熟悉電磁波譜中波長(zhǎng)的大小關(guān)系，以及掌握光子能量與波長(zhǎng)的大小關(guān)系．【變式4-2】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm（1nm=10–9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6×10–34J·s，真空光速c=3×108m/s）（

）A．10–21J B．10–18J C．10–15J D．10–12J【答案】B【詳解】一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量約為由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)應(yīng)相同。故選B?！军c(diǎn)睛】根據(jù)題意可知光子的能量足以電離一個(gè)分子，因此該光子的能量應(yīng)比該分子的電離能大，同時(shí)又不能把分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級(jí)，不能大太多。【變式4-3】紅外線熱像儀可以監(jiān)測(cè)人的體溫，當(dāng)被測(cè)者從儀器前走過(guò)時(shí)，便可知道被測(cè)者的體溫是多少。關(guān)于紅外線熱像儀測(cè)體溫的原理，下列說(shuō)法正確的是（）A．人的體溫會(huì)影響周?chē)諝鉁囟?，儀器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測(cè)者的體溫有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較短波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大【答案】C【解析】AB．根據(jù)熱輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，人的體溫升高，人體輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度就會(huì)增加，通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，就可以知道該人的體溫了，故A、B錯(cuò)誤；CD．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，因此熱輻射中較短波長(zhǎng)的成分越來(lái)越多，故C正確，D錯(cuò)誤。故選C。【題型5物理史實(shí)】【例5】（多選）關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的【答案】BC【解析】ABD．由普朗克能量子假說(shuō)可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，AD錯(cuò)誤，B正確；C．能量子與電磁波的頻率ν成正比，C正確。故選BC?！咀兪?-1】（多選）2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)物理學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是（）A．微波是指波長(zhǎng)在10-3m到10m之間的電磁波B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)【答案】ACD【詳解】微波是電磁波中按波長(zhǎng)分類(lèi)波長(zhǎng)較小的一種，微波是指波長(zhǎng)在到之間的電磁波，故A正確．電磁波的傳播不需要介質(zhì)，故B錯(cuò)誤，C正確．普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)，故D正確．【變式5-2】（多選）對(duì)宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射的黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是（）A．微波是指波長(zhǎng)在10-3m到10m之間的電磁波B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)【答案】ACD【解析】A．微波是電磁波中按波長(zhǎng)分類(lèi)波長(zhǎng)較小的一種，微波是指波長(zhǎng)在10-3m到10m之間電磁波，故A正確；B．微波是電磁波，電磁波既能在介質(zhì)中傳播也能在真空中傳播，而聲波是機(jī)械波，只能在介質(zhì)中傳播，故B錯(cuò)誤；C．黑體向外輻射的是熱量，是以光子的形式輻射的，而光是