高中物理 4.1 量子概念的诞生规范训练 教科版选修3-5

第四章波粒二1量子概念的诞生(时间：60分钟)知识点基础中档稍难黑体辐射实验规律1、2、3、45经典物理论的困难6量子化7、8能量子9、10综合提升11、12、13、14知识点一黑体辐射实验规律1．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温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析根据热辐射的定义，A正确；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态有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误、C正确；由黑体的定义知D正确．答案B2．如图4-1-7所示，为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，则两温度的关系为()．图4-1-7A．t1＝t2B．t1>t2C．t1<t2答案B3．年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家如图4-1-8所示，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()．图4-1-8A．微波是指波长在10－3m到10mB．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的波长范围是1mm到10m，A正确．微波能在真空中传播，B不正确．黑体热辐射实际上是电磁辐射，C正确．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，D正确．答案ACD4．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与______及______有关．解析根据实验得出结论，一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和材料的表面状况有关．答案材料的种类表面状况5．“非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，如图4-1-9所示，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？图4-1-9解析根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了该人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自然知道了该人的体温．答案见解析知识点二经典物理理论的困难6．能正确解释黑体辐射实验规律的是()．A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确．答案B知识点三量子化7．关于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()．A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的解析根据普朗克能量子假说，带电粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，能量的辐射或吸收要一份份的进行，故A、B、D正确、C错误．答案ABD8．以下宏观概念，哪些是“量子化”的()．A．一颗树苗生长的高度B．从车站开出的汽车驶过的路程C．人的个数D．烧水时温度计的示数解析A、B、D三个选项描述的内容都是连续的，只有C项是不连续的，即量子化的．答案C知识点四能量子9．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()．A．heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正确解析由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝eq\f(c,λ)，从而ε＝hν＝heq\f(c,λ)，故A选项正确．答案A10．红、橙、黄、绿4种单色光中，光子能量最小的是()．A．红光B．橙光C．黄光D．绿光解析由ε＝hν，因为红光的频率最低，所以红光光子的能量最小．答案A11．如图4-1-10红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光．铬离子的能级图如图4111所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出的波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受到激发而跃迁到E3，然后自发地跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为()．图4-1-10图4-1-11A.eq\f(λ1λ2,λ2－λ1) B.eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C.eq\f(λ1－λ2,λ1λ2) D.eq\f(λ2－λ1,λ1λ2)解析E3－E1＝eq\f(hc,λ1)，E3－E2＝eq\f(hc,λ2)，E2－E1＝eq\f(hc,λ)，根据E3－E1＝(E3－E2)＋(E2－E1)，可得eq\f(hc,λ1)－eq\f(hc,λ2)＝eq\f(hc,λ)，则λ＝eq\f(λ1λ2,λ2－λ1).答案A12．氦－氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1MW时，每秒发出的光子数为多少？解析据P＝n·hν，ν＝eq\f(c,λ)，得n＝eq\f(P,h·\f(c,λ))＝eq\f(1×10－3,6.63×10－34×\f(3×108,663×10－9))≈3.2×1015(个)．答案3.2×1015个13．某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187.5m的电磁波，试求：(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率？解析(1)每个光子的能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,187.5)J＝1.06×10－27J.则每秒钟电台发射上述波长光子数N＝eq\f(P·t,ε)＝eq\f(104×1,1.06×10－27)＝1031(个)．(2)设环状天线每秒接收光子数为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＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πr2,4πR2)))×N＝4×1023(个)；接收功率P收＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πr2,4πR2)))·P总＝4×10－4W.答案(1)1031个(2)4×1023个4×10－4W14．太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2(1)假设认为可见光的波长约为0.55μm.日地间距离R＝1.5×1011m，普朗克常量h＝6.6×10(2)若已知地球的半径为6.4×106解析(1)设地面上垂直阳光每平方米面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝nheq\f(c,λ)解得：n＝eq\f(P·λ×45%,hc)＝eq\f(1.4×103×0.55×10－6×0.45,6.6×10－34×3×10