新教材同步辅导2023年高中物理第四章原子结构和波粒二象性4.1普朗克黑体辐射理论同步练习新人教版选择性必修第三册

1普朗克黑体辐射理论【基础巩固】1.(多选)下列宏观概念是“量子化”的是 ()A.物体的电荷量B.物体的质量C.物体的动量D.学生的个数解析:所谓“量子化”应该是不连续的,一份一份的,A、D正确.答案:AD2.关于黑体及黑体辐射,下列说法正确的是 ()A.黑体是真实存在的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布仅与温度有关C.随着温度升高,黑体辐射中的有些成分会增强,有些成分会减弱D.随着温度升高,黑体辐射中强度最强的那一部分始终不变解析:黑体并不是真实存在的,A错误.根据黑体辐射实验的规律可知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,B正确.随着黑体温度升高,各种波长的辐射强度都增大,且辐射强度的极大值向波长短的方向移动,C、D错误.答案:B3.(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,带小孔的炉腔可看作黑体,由黑体的热辐射特征,就可以确定炉内的温度.右图就是黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系图像,下列说法正确的是 ()A.T1>T2B.T1<T2C.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越长D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短解析:不同温度的黑体向外辐射电磁波的强度是不相同的,温度越高,向外辐射的电磁波强度越大,所以T1>T2,A正确,B错误.辐射强度最大的电磁波的波长随温度升高而减小,C错误,D正确.答案:AD4.所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波的物体.显然,自然界不存在真正的黑体,但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体.如图所示,用不透明的材料制成的带小孔的空腔可近似地看作黑体,这是利用了 ()A.控制变量法B.比值法C.类比法 D.理想模型法解析:黑体实际上是一种物理模型,把实际物体近似看作黑体,用到的是理想模型法,D正确.答案:D5.(多选)下列叙述正确的是 ()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.一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关解析:根据热辐射概念知A正确.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,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B、C错误,D正确.答案:AD6.能量子与带电微粒吸收或辐射电磁波的 ()A.频率成正比B.波长成正比C.速度成正比D.速度的二次方成正比解析:由ε=hν、c=λν得ε=hν=hcλ,可见能量子与带电微粒吸收或辐射电磁波的频率成正比,与波长成反比,A正确,B错误.任意电磁波在真空中传播的速度都是相同的,C、D错误答案:A7.已知某种单色光的波长为λ,在真空中的光速为c,普朗克常量为h,则电磁波的能量子ε为 ()A.hcλ B.C.chλ D解析:由波速公式c=λν可得ν=cλ,能量子ε=hν=hcλ,选项A答案:A8.炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色,就可以估计出炉内的温度,这是什么道理?答案:当炉腔内温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越强,可见光所占份额增大,温度升高,可见光中红光成分减少,频率比红光大的其他颜色的光的成分就增多.因此可根据炉内的颜色估计出炉内的温度.【拓展提高】9.“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ν的电磁波,且ν与U成正比,即ν=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的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,推理判断比例系数k的值可能为 ()A.h2e BC.2he D.1解析:根据物理单位知识,公式等号两侧单位是一致的,由本题中涉及的物理量ν、U、e、h及与其有联系的能量表达式E=hν,E=Ue得h的单位与Ueν的单位相同,即h的单位可用V·C·s表示.题中ν=kU,即k=νU,k的单位可用1V·s表示,B中2eh的单位CV·C·答案:B10.“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点.它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示.若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是 ()A.I增大,λ增大B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大D.I减小,λ减小解析:黑体辐射的实验规律如下图所示.可以看出,随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,且辐射强度的峰值向波长较短的方向移动.若人体温度升高,则人体热辐射的强度I增大,λ减小.答案:B11.利用我国规模最大的高功率固体激光系统可获得能量为2400J、波长λ=0.35μm的紫外激光.已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,c=3×108m/s,则该紫外激光所含光子数为多少?(计算结果保留三位有效数字)解析:紫外激光光子的能量值ε=hcλ=6.63×该紫外激光所含光子数n=Eε=24005.68×答案:4.23×102112.太阳光垂直射到地面上时,地面上1m2面积接收太阳光的功率为1.4kW,其中可见光部分约占45%.(1)假设可见光的波长λ=0.55μm,日地间距离R=1.5×1011m,真空中的光速c=3×108m/s,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,估算以太阳为球心,以日地距离为半径的球面上太阳每秒射出的可见光能量子数.(2)若已知地球的半径r=6.4×106m,估算地球接收太阳光的总功率.解析:(1)设地面上垂直太阳光每平方米面积上每秒接收的可见光能量子数为n,则有Pt×45%=nhcλ,n=Pt·λ×45%则太阳每秒射出的可见光能量子数N=n·4πR2=4.92×1044.(2)地球接收太阳光的总功率为P地=P·πr2=1.8×1014kW.答案:(1)4.92×1044(2)1.8×1014kW【挑战创新】13.在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用.蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的.假设老鼠的体温约为37℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmax.根据热辐射理论,λmax与辐射源的热力学温度T的关系近似为Tλm