2024-2025学年高中物理举一反三系列专题4.1 普朗克黑体辐射理论（含答案）

2024-2025学年高中物理举一反三系列专题4.1普朗克黑体辐射理论（含答案）专题4.1普朗克黑体辐射理论【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1黑体与黑体辐射】 【题型2黑体辐射的实验规律】 【题型3能量子】 【题型4联系实际】 【题型5对比问题】 【题型6热辐射】 【题型1黑体与黑体辐射】【例1】2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是（）A．外表面涂成黑色的物体就是黑体B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说【变式1-1】下列说法正确的是（）A．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，与材料的种类及表面状况无关B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物【变式1-2】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．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D．黑体辐射无任何实验依据【变式1-3】下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关【题型2黑体辐射的实验规律】【例2】黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是()A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加B.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波【变式2-1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是()A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间C.温度越高，辐射强度的极大值就越大D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短【变式2-2】如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（）A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低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．T1>T2D．T1<T2【变式2-3】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（）A． B．C． D．【题型3能量子】【例3】能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（）A．库仑 B．普朗克C．密立根 D．爱因斯坦【变式3-1】（多选）在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关【变式3-2】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的【变式3-3】以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（）A.物体的长度B.物体所受的重力C.物体的动能D.学生的个数【题型4联系实际】【例4】2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（

）A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比【变式4-1】“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【变式4-2】“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（

）A．普朗克常量h是一个无单位的常量B．普朗克常量h的单位等效于C．普朗克常量h的单位等效于D．普朗克常量h的单位等效于【变式4-3】经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h=6.63×10-34J·s)【题型5对比问题】【例5】关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度【变式5-1】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动【变式5-2】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（）A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关【变式5-3】（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的【题型6热辐射】【例6】（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（）A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高【变式6-1】（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色【变式6-2】关于热辐射，下列说法不正确的是（）A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性【变式6-3】关于热辐射，下列叙述中正确的是()一切物体都在辐射电磁波任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

参考答案【题型1黑体与黑体辐射】【例1】2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是（）A．外表面涂成黑色的物体就是黑体B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说【答案】C【解析】黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，A、B错误；在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体，C正确；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，D错误。故选C。【变式1-1】下列说法正确的是（）A．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，与材料的种类及表面状况无关B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物答案：A解析：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，与材料的种类及表面状况无关，故A正确；的物体和冷的物体都会向外辐射电磁波，故B错误；新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力比较强，但不是最强的，穿透能力最强的电磁波是γ射线，故C错误；微波并没有很强的热效应，微波炉加热食物利用的不是微波的热效应，而是利用微波可以传递能量的特点，故D错误。【变式1-2】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．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D．黑体辐射无任何实验依据解析：选B黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误。【变式1-3】下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关答案：D解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。【题型2黑体辐射的实验规律】【例2】黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是()A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加B.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波答案D解析由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，D错误.【变式2-1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是()A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间C.温度越高，辐射强度的极大值就越大D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短答案BCD【变式2-2】如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（）A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低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．T1>T2D．T1<T2答案：C解析：随着温度的升高，黑体的辐射强度都会增加，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，则【变式2-3】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（）A． B．C． D．答案：C解析：两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误；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增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误。【题型3能量子】【例3】能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（）A．库仑 B．普朗克C．密立根 D．爱因斯坦答案：B解析：能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克。【变式3-1】（多选）在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关答案：AC解析：普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫做一个能量子，能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量，故AC正确；黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故B错误；一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故D错误。【变式3-2】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的答案：AD解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。【变式3-3】以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（）A.物体的长度B.物体所受的重力C.物体的动能D.学生的个数解析：选D,“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。【题型4联系实际】【例4】2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（

）A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比答案：C解析：普朗克首先提出了“能量子”的概念，A错误；物体的长度是连续的，B错误；对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍，C正确；根据，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。【变式4-1】“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：选B根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。【变式4-2】“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（

）A．普朗克常量h是一个无单位的常量B．普朗克常量h的单位等效于C．普朗克常量h的单位等效于D．普朗克常量h的单位等效于解析：根据，可得，则普朗克常量h的单位为，故A错误；根据牛顿第二定律可知，则故B错误；根据功的定义可知则故C正确，D错误；答案：C【变式4-3】经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h=6.63×10-34J·s)答案36℃，2.12×10-22J解析人体表面的温度为T==K≈309K≈36℃人体辐射的能量子的值为ε=h=6.63×10-34×J=2.12×10-22J【题型5对比问题】【例5】关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度答案：A解析：因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，BC错误；测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。【变式5-1】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动答案：D解析：由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。【变式5-2】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（）A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关答案：B解析：由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。【变式5-3】（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的答案：BD解析：对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。【题型6热辐射】【例6】（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（）A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高答案：BC解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大。当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，故B正确；当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故C正确。太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，故D错误。【变式6-1】（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色答案：AD解析：一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。【变式6-2】关于热辐射，下列说法不正确的是（）A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性答案：A解析：物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波，以不可见的红外线为主，故A错误；随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；给一块铁块加热，随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确。本题选错误的。【变式6-3】关于热辐射，下列叙述中正确的是()一切物体都在辐射电磁波任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案：D解析：根据热辐射定义可知A对。根据热辐射和黑体辐射的特点可知，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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错。C对。根据黑体定义知D对。专题4.1普朗克黑体辐射理论【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1黑体与黑体辐射】 【题型2黑体辐射的实验规律】 【题型3能量子】 【题型4联系实际】 【题型5对比问题】 【题型6热辐射】 【题型1黑体与黑体辐射】【例1】2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是（）A．外表面涂成黑色的物体就是黑体B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说【答案】C【解析】黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，A、B错误；在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体，C正确；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，D错误。故选C。【变式1-1】下列说法正确的是（）A．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，与材料的种类及表面状况无关B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物答案：A解析：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，与材料的种类及表面状况无关，故A正确；的物体和冷的物体都会向外辐射电磁波，故B错误；新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力比较强，但不是最强的，穿透能力最强的电磁波是γ射线，故C错误；微波并没有很强的热效应，微波炉加热食物利用的不是微波的热效应，而是利用微波可以传递能量的特点，故D错误。【变式1-2】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．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D．黑体辐射无任何实验依据解析：选B黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误。【变式1-3】下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关答案：D解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。【题型2黑体辐射的实验规律】【例2】黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是()A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加B.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波答案D解析由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，D错误.【变式2-1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是()A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间C.温度越高，辐射强度的极大值就越大D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短答案BCD【变式2-2】如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（）A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低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．T1>T2D．T1<T2答案：C解析：随着温度的升高，黑体的辐射强度都会增加，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，则【变式2-3】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（）A． B．C． D．答案：C解析：两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误；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增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误。【题型3能量子】【例3】能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（）A．库仑 B．普朗克C．密立根 D．爱因斯坦答案：B解析：能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克。【变式3-1】（多选）在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关答案：AC解析：普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫做一个能量子，能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量，故AC正确；黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故B错误；一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故D错误。【变式3-2】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（）A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的答案：AD解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。【变式3-3】以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（）A.物体的长度B.物体所受的重力C.物体的动能D.学生的个数解析：选D,“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。【题型4联系实际】【例4】2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（

）A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比答案：C解析：普朗克首先提出了“能量子”的概念，A错误；物体的长度是连续的，B错误；对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍，C正确；根据，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。【变式4-1】“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：选B根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。【变式4-2】“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（

）A．普朗克常量h是一个无单位的常量B．普朗克常量h的单位等效于C．普朗克常量h的单位等效于D．普朗克常量h的单位等效于解析：根据，可得，则普朗克常量h的单位为，故A错误；根据牛顿第二定律可知，则故B错误；根据功的定义可知则故C正确，D错误；答案：C【变式4-3】经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm=2.90×10-1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h=6.63×10-34J·s)答案36℃，2.12×10-22J解析人体表面的温度为T==K≈309K≈36℃人体辐射的能量子的值为ε=h=6.63×10-34×J=2.12×10-22J【题型5对比问题】【例5】关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度答案：A解析：因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，BC错误；测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。【变式5-1】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动答案：D解析：由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。【变式5-2】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（）A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关答案：B解析：由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。【变式5-3】（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的答案：BD解析：对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。【题型6热辐射】【例6】（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（）A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高答案：BC解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大。当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，故B正确；当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故C正确。太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，故D错误。【变式6-1】（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色答案：AD解析：一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。【变式6-2】关于热辐射，下列说法不正确的是（）A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性答案：A解析：物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波，以不可见的红外线为主，故A错误；随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；给一块铁块加热，随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确。本题选错误的。【变式6-3】关于热辐射，下列叙述中正确的是()一切物体都在辐射电磁波任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案：D解析：根据热辐射定义可知A对。根据热辐射和黑体辐射的特点可知，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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错。C对。根据黑体定义知D对。专题4.2光子的认识、光电效应的图像分析【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1光子】 【题型2I-U图像】 【题型3Ek-ν图像】 【题型4Uc-ν图像】 【题型5图像中的对比问题】 【题型6图像综合】 【题型1光子】【例1】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10-7m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）【变式1-1】2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为（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【变式1-2】光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（）A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大【变式1-3】（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的A．是紫外线 B．是红外线C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个【题型2I-U图像】【例2】如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s。结合图像，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。(2)该阴极材料的极限波长。【变式2-1】为防范新冠病毒蔓延，额温枪成为重要的防疫装备。有一种红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273℃)时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，则()A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为3×1014HzB．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小【变式2-2】(多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则()A.测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1”B.只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大C.只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小D.阴极K所用材料的极限频率为eq\f(hν－eUc,h)【变式2-3】(多选)根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断，说法正确的是()A．图甲中对应的三种光中“黄光(强)”的光子能量最强B．根据图甲分析可知若用橙光照射同一实验装置可能没有光电流产生C．图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量D．图丙中现象说明电子具有波动性，可运用波动规律确定电子通过双缝后的具体位置【题型3Ek-ν图像】【例3】(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和－b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到()A.该金属的逸出功为零B.普朗克常量为eq\f(b,a)，单位为J·HzC.当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为bD.当入射光的频率为3a时，遏止电压为eq\f(2b,e)【变式3-1】(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A．该金属的逸出功为EB．入射光频率为eq\f(ν0,2)时，产生的光电子的最大初动能为eq\f(E,2)C．入射光频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED．该图线的斜率表示普朗克常量h【变式3-2】光电效应实验，得到光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为()A.eq\f(b,a)，b B.eq\f(b,a)，eq\f(1,b)C.eq\f(a,b)，b D.eq\f(a,b)，eq\f(1,b)【变式3-3】用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是()A．普朗克常量为h＝eq\f(a,b)B．断开开关S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变【题型4Uc-ν图像】【例4】下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程，如图所示。则这种金属的截止频率约为()A．3.5×1014Hz B．4.3×1014HzC．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz【变式4-1】用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是()A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19J【变式4-2】利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图乙所示，图乙中U1、ν1、ν0均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为ν1时，下列说法正确的是()A.光电子的最大初动能Ek＝eU1－hν0B.由Uc－ν图像可求得普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1－ν0)C.滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加D.把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加【变式4-3】在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________。【题型5图像中的对比问题】【例5】(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图4所示.用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则()A.钠的逸出功小于钙的逸出功B.图中直线的斜率为eq\f(h,e)C.在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高【变式5-1】如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是()【变式5-2】[多选]用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，遏止电压为Uc，电子的电荷量为e，则下列说法正确的是()A．甲光的强度大于乙光的强度B．甲光的频率大于乙光的频率C．甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcD．乙光的频率为eq\f(W0＋eUc,h)【变式5-3】如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是()A.Ek1＞Ek2B.单色光1的频率比单色光2的频率高C.增大单色光1的强度，其遏止电压会增大D.单色光1和单色光2的频率之差为eq\f(Ek1－Ek2,h)【题型6图像综合】【例6】[多选]1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是()A．图1中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B．图2中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关C．图3中，若电子电荷量用e表示，ν1、νc、U1已知，由Uc­ν图像可求得普朗克常量的表达式为h＝eq\f(U1e,ν1－νc)D．图4中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E或hν0【变式6-1】如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是（）A．由图甲可求得普朗克常量B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大D．由图丁可知电压越高，则光电流越大【变式6-2】研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出．反向电压U由电压表V测出，且遏止电压为Uc.在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()【变式6-3】小明同学用如图所示的实验装置测量普朗克常量和某金属的逸出功，通过改变入射光的频率并测出对应的遏止电压U绘制图像如图甲所示，已知电子所带电荷量大小是。（1）普朗克常量h=______，此金属的逸出功W=______。（用e、、、、表示）（2）另一同学用小明同学的数据绘制（其中I为Ｇ的读数）图线如图乙中d所示。他用相同实验装置，但只增大入射光强，则此时图线应是图乙中的______（填“a”“b”或“c”）。

参考答案【题型1光子】【例1】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10-7m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量，光子数目n=，代入数据得n=5×1016【详解】每个光子的能量为，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：，联立且代入数据解得：．【变式1-1】2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为（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【详解】一个处于极紫外波段的光子的能量约为，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B．【变式1-2】光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（）A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大【答案】A【详解】紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据可知波长变短；根据可知，光子能量不变。故选A。【变式1-3】（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的A．是紫外线 B．是红外线C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1016个【答案】BD【详解】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线．故A错误，B正确．光子能量．故C错误．每秒钟发出的光子数．故D正确．故选BD．【题型2I-U图像】【例2】如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s。结合图像，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。(2)该阴极材料的极限波长。解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：Ekm＝eU0＝1.6×10－19C×0.6V＝9.6×10－20J。(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)，代入数据得λ0＝0.66μm。答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)0.66μm【变式2-1】为防范新冠病毒蔓延，额温枪成为重要的防疫装备。有一种红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273℃)时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，则()A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为3×1014HzB．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小解析：选C波长为10μm的红外线在真空中的频率为ν＝eq\f(c,λ)＝3×1013Hz，故A错误；由题图甲可知，当电源反接时，电子受到的力向右，因为电子有一定的初动能，当所加电压小于遏止电压时，就会有电子到达A极板，此时有电信号，故B错误；当加的反向电压大于遏止电压时，没有电信号，由题图乙可知，遏止电压为0.02V，故最大初动能Ek＝eUc＝0.02eV，由光电效应方程，有Ek＝hν－W逸，可得W逸≈0.1eV，故C正确；若人体温度升高，则辐射红外线的强度增强，光电管转换成的光电流增大，故D错误。【变式2-2】(多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则()A.测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1”B.只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大C.只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小D.阴极K所用材料的极限频率为eq\f(hν－eUc,h)答案AD解析测量遏止电压时应在光电管两端加反向电压，即开关S应扳向“1”，故A正确；图乙中I0的值表示饱和光电流，增大光照强度时，饱和光电流增大，故C错误；由动能定理得eUc＝Ek，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－eUc，则阴极K所用材料的极限频率为ν0＝eq\f(W0,h)＝eq\f(hν－eUc,h)，图乙中Uc的值与光照强度无关，故B错误，D正确。如图为a、【变式2-3】(多选)根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断，说法正确的是()A．图甲中对应的三种光中“黄光(强)”的光子能量最强B．根据图甲分析可知若用橙光照射同一实验装置可能没有光电流产生C．图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量D．图丙中现象说明电子具有波动性，可运用波动规律确定电子通过双缝后的具体位置解析：选BC因为蓝光的遏止电压最大，根据hν－W＝eUc，则题图甲中对应的三种光中“蓝光”的光子能量最强，A错误；因为橙光的频率比上面两种光的小，根据题图甲分析可知若用橙光照射同一实验装置可能没有光电流产生，B正确；题图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量，C正确；题图丙中现象说明电子具有波动性，不能运用波动规律确定电子通过双缝后的具体位置，因为电子波为概率波，无法确定单个电子的运动位置，D错误。【题型3Ek-ν图像】【例3】(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和－b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到()A.该金属的逸出功为零B.普朗克常量为eq\f(b,a)，单位为J·HzC.当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为bD.当入射光的频率为3a时，遏止电压为eq\f(2b,e)答案CD解析根据光电效应方程Ek＝hν－W0，横截距表示该金属的截止频率，可知该金属的逸出功不为零，故A错误；图线的斜率k＝eq\f(b,a)表示普朗克常量，单位为J/Hz，故B错误；由图可知W0＝b，ha＝W0,则当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为Ek＝h·2a－W0＝b，选项C正确；当入射光的频率为3a时，则Ek＝h·3a－W0＝2b，由eU遏＝Ek可得U遏＝eq\f(2b,e)，选项D正确。【变式3-1】(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A．该金属的逸出功为EB．入射光频率为eq\f(ν0,2)时，产生的光电子的最大初动能为eq\f(E,2)C．入射光频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED．该图线的斜率表示普朗克常量h解析：选AD根据爱因斯坦的光电效应方程hν－W＝Ek，由图像可知，纵坐标的截距表示W，该图线的斜率表示普朗克常量h，所以该金属的逸出功为E，A、D正确；由图像可知，金属的极限频率为ν0，所以入射光频率为eq\f(ν0,2)时，不能发生光电效应，B错误；由于hν0＝W＝E，入射光频率为2ν0时，代入公式解得Ek＝h·2ν0－W＝h·ν0＝E，则产生的光电子的最大初动能为E，C错误。【变式3-2】光电效应实验，得到光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为()A.eq\f(b,a)，b B.eq\f(b,a)，eq\f(1,b)C.eq\f(a,b)，b D.eq\f(a,b)，eq\f(1,b)答案A解析根据Ek＝hν－W0得纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，即W0＝b，图线的斜率k＝h＝eq\f(b,a)，故A正确，B、C、D错误。【变式3-3】用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是()A．普朗克常量为h＝eq\f(a,b)B．断开开关S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变解析：选B由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝eq\f(b,a)，故A错误；断开开关S后，初动能大的光电子，也可能达到阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。【题型4Uc-ν图像】【例4】下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程，如图所示。则这种金属的截止频率约为()A．3.5×1014Hz B．4.3×1014HzC．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz解析：选B遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，根据方程Uc＝0.3973eq\f(ν,1014)－1.7024，当Uc＝0解得ν＝4.3×1014Hz，B正确。【变式4-1】用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是()A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19J解析：选D用题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν，光电管左端是阳极，则电源左端为负极，A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，刚开始电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，B错误；光