2024-2025學年新教材高中物理第十三章電磁感應與電磁波初第5節(jié)能量量子化作業(yè)含解析新人教版必修3

PAGEPAGE5第5節(jié)能量量子化A組·基礎達標1．關于對黑體的相識，下列說法正確的是()A．黑體汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料種類及表面狀況無關D．假如在一個空腔壁上鉆一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和汲取，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體【答案】C【解析】能100%地汲取入射到其表面的電磁波，這樣的物體稱為黑體，所以黑體不肯定是黑色的，故A錯誤；一般物體除去與溫度有關外，還和物體的材料及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，故B錯誤，C正確；假如在一個空腔上開一個小孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和汲取，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個肯定的黑體，故D錯誤．2．普朗克常量是自然界的一個基本常數(shù)，它的數(shù)值是()A．6.02×10－23mol B．6.625×10－3mol·sC．6.626×10－34J·s D．1.38×10－16mol·s【答案】C【解析】普朗克常量是一個定值，由試驗測得它的精確數(shù)值為6.626×10－34J·s，在記憶時關鍵要留意它的單位．3．一束紅光從空氣射入玻璃，則這束紅光的能量子將()A．變小 B．變大C．不變 D．不能確定【答案】C【解析】光由空氣射入玻璃時，頻率不發(fā)生改變，由ε＝hν可知，紅光的能量子不變，C正確．4．關于對熱輻射的相識，下列說法正確的是()A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只汲取電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強C．輻射強度按波長的分布狀況只與物體的溫度有關，與材料種類及表面狀況無關D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色【答案】B【解析】一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強，A錯誤、B正確；選項C是黑體輻射的特性，C錯誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯誤．5．一個氫原子從高能級躍遷到低能級，該氫原子()A．汲取光子，能量增加 B．汲取光子，能量削減C．放出光子，能量增加 D．放出光子，能量削減【答案】D【解析】氫原子的能級是分裂的，當氫原子從高能級向低能級躍遷時，會放出光子，能量削減，放出光子的能量等于躍遷前后的能級差，所以看起來氫原子發(fā)出的光譜線是分裂的，一條條的，不是連續(xù)的．D正確．6．影響黑體輻射強度的因素是()A．只有溫度 B．只有波長C．與波長和溫度都有關 D．與波長和溫度都無關【答案】C【解析】黑體輻射與波長和溫度都有關系，故C正確．7．能正確說明黑體輻射試驗規(guī)律的是()A．能量是連續(xù)的經(jīng)典理論B．普朗克提出的能量量子化理論C．以上兩種理論體系任何一種都能說明D．牛頓提出的能量微粒說【答案】B【解析】依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律，隨著溫度的上升，一方面各種波長的輻射強度都在增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿足的說明，故B正確．8．(多選)下列說法正確的是()A．只有溫度高的物體才會有熱輻射B．黑體只是從外界汲取能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來很光明，是因為黑體可以有較強的輻射D．一般材料的物體，輻射電磁波的狀況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面狀況有關【答案】CD【解析】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，A錯誤；能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強的輻射，看起來也可以很光明，B錯誤、C正確；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只依靠于物體的溫度，與構成黑體的材料、形態(tài)無關，而一般物體輻射電磁波的狀況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面狀況有關，D正確．9．(多選)下列說法正確的是()A．微觀粒子的能量改變是跳動式的B．能量子與電磁波的頻率成正比C．紅光的能量子比綠光大D．電磁波波長越長，其能量子越大【答案】AB【解析】微觀粒子的能量改變是跳動式的，A正確；由ε＝hν可知，能量子與電磁波的頻率成正比，B正確；紅光的頻率比綠光小，由ε＝hν可知，紅光的能量子比綠光小，C錯誤；電磁波波長越長，其頻率越小，能量子越小，D錯誤．10．兩束能量相同的色光，都垂直地照耀到物體表面，第一束光在某段時間內(nèi)打在物體上的光子數(shù)與其次束光在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量和波長之比分別為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶4【答案】D【解析】兩束能量相同的色光，都垂直地照耀到物體表面，在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，依據(jù)E＝nE0可得光子能量之比為4∶5，再依據(jù)E0＝hν＝heq\f(c,λ)，光子能量與波長成反比，故光子波長之比為5∶4．故選D．11．用紅外線熱像儀可以監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少，你能說出這其中的原理嗎？【解析】依據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加；隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布狀況與溫度有關，溫度高時輻射強且較短波長的成分大．人的體溫的凹凸，干脆確定了他輻射的紅外線的頻率和強度，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的狀況就可知道這個人的體溫．B組·實力提升12．下列各種說法中錯誤的是()A．普朗克在探討黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說B．一束光照耀到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為該束光的照耀時間太短C．光的頻率越高，則其能量越大D．任何一個實物粒子都對應著一種波，這種波是概率波【答案】B【解析】普朗克在探討黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說，故A正確；一束光照耀到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為該束光的頻率太小，故B錯誤；由ε＝hν可知C正確；實物粒子都對應著一種概率波，這是德布羅意物質(zhì)波假設，故D正確．13．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過養(yǎng)分關系構成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)覺老鼠的．假設老鼠的體溫約37℃[肯定溫度為(273＋37)K]，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為λmin．依據(jù)熱輻射理論，λmin與輻射源的肯定溫度T的關系近似為Tλmin＝2.90×10－3mA．7.8×10－5m B．9.4×10－C．1.16×10－4m D．9.7×10－【答案】B【解析】由Tλmin＝2.90×10－3m·K可得，老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長為λmin＝eq\f(2.90×10－3,T)m＝eq\f(2.90×10－3,273＋37)m＝9.4×10－6m，B正確．14．王師傅是煉鋼廠的一名老工人，有豐富的閱歷，他能夠通過視察爐內(nèi)的顏色，比較精確地估計出爐內(nèi)的溫度，被工人戲稱為“溫度計”．王師傅能夠精確推斷爐溫的科學道理是什么？【答案】見解析【解析】熱輻射與物體的溫度有關，給鐵塊加熱時，隨溫度的上升，鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至黃白色．因此，煉鋼工人估計爐內(nèi)的溫度，是依據(jù)輻射的強度與溫度的關系來確定的．15．太陽輻射到地球表面的功率約為1400W/m2．其中包含了各種波長的紅外線、可見光、紫外線等，以可見光部分最強．作為一種簡化，我們認為太陽光全部是平均波長600nm(1nm＝10－9m)的黃綠光，每秒至少有5個這樣的光子進入人眼才能引起視覺，人眼睛的瞳孔約為10mm2，則人眼所能看到的最遠的恒星(恒星狀況與太陽相同)的距離是日地距離的倍數(shù)是(已知普朗克常數(shù)h＝6.63×10－34A．9×104 B．9×107 C．9×1010 D．9×1014【答案】B【解析】每秒剛好引起視覺的光子能量為E＝5hν＝5eq\f(hc,λ0)．設此時單位面積射入眼睛的功率為P1，則P1＝eq\f(E,S0t)＝eq\f(5hc,λ0S0t)＝eq\f(5×6.63×10－34×3×108,600×10－9×10×10－6×1)W/m2＝1.66×10－13W/m2．設日地距離為r，太陽的輻射總功率為P，則輻射到地球的單位面積的功率為P0＝eq\f(P,4πr2)；設人眼能看到的最遠的恒星(總輻射功率也為P)的距離為R，則該恒星輻射到地球的單位面積的功率為P1＝eq\f(P,4πR2)．兩式相比可得eq\f(R,r)＝eq\r(\f(P0,P1))＝eq\r(\f(1400,1.66×10－13))≈9×107，故B正確，A、C、D錯誤．16．某光子的能量為3.7×10－19J，則它的頻率和波長各是多少？【答案】5.58×1014Hz538nm【解析】依據(jù)普朗克能量子的理論ε＝hν，可得頻率為ν＝eq\f(ε,h)＝eq\f(3.7×10－19,6.63×10－34)Hz＝5.58×1014Hz依據(jù)c＝λν，可得波長為λ＝eq\f(c,ν)＝eq\f(3×108,5.58×1014)m≈5.38×10－7m＝538nm．17．氦氖激光器放射波長為632.8nm的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為20mW，則每秒放射多少個光子？【答案】3.14×10－19J6.37×1016個【解析】由c＝λν，知該光子頻率為ν＝eq\f(c,λ)．ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,632.8×10－9)J＝3.14×10－19J發(fā)光功率P＝eq\f(nε,t)，則n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(20mW×1s,3.14×10－19