2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化课时作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE4能量量子化时间：45分钟一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)1．红、黄、绿、紫四种单色光中，能量最小的是(B)A．紫光光子 B．红光光子C．绿光光子 D．黄光光子解析：光子能量ε＝hν，由光的频率ν红<ν黄<ν绿<ν紫知，红光光子能量最小，B正确．2．关于对热辐射的相识，下列说法中正确的是(B)A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只汲取电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布状况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特征，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．3．许多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(C)A．人的体温会影响四周空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射状况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布状况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布状况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强解析：依据辐射规律可知，随着温度的上升，各种波长的辐射强度都增加，随着温度的上升，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，人的体温的凹凸，干脆确定了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状况，就可知道这个人的体温，故C正确，A、B、D错误．4．关于对黑体的相识，下列说法正确的是(C)A．黑体只汲取电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．假如在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和汲取，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：黑体自身辐射电磁波，不肯定是黑的，故A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，故B错、C对；小孔只汲取电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误．5．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能剧烈汲取某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的汲取状况．由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为(D)A．2.5μm～3.5μm B．4μm～4.5μmC．5μm～7μm D．8μm～13μm解析：由图可知，水对红外辐射汲取率最低的波长范围是8μm～13μm；二氧化碳对红外辐射汲取率最低的波长范围是5μm～13μm.综上可知选D.6．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到的最小功率为P＝eq\f(6\f(hc,λ),t)＝eq\f(6×\f(6.63×10－34×3×108,530×10－9),1)W＝2.3×10－18W.7．关于黑体辐射的探讨，物理学家曾经用热力学和电磁学的学问寻求黑体辐射的理论说明，德国的维恩和英国的瑞利分别提出了辐射强度与波长的理论公式．维恩公式在短波区与试验特别接近，在长波区与试验偏很大，瑞利公式在长波区与试验基本一样，而短波区与试验严峻不符，依据以上信息，可推知以上二位物理学家曾经用的物理学问作为理论依据而进行的探讨正确的是(AD)A．德国的维恩探讨的理论依据是热力学B．英国的瑞利探讨的理论依据是热力学C．德国的维恩探讨的理论依据是电磁学D．英国的瑞利探讨的理论依据是电磁学8．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发觉了宇宙微波背景辐射的黑体谱形态及其温度在不同方向上的微小改变．他们的精彩工作被誉为是宇宙学探讨进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是(ACD)A．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．黑体的热辐射事实上是电磁辐射D．普朗克在探讨黑体的热辐射问题中提出了能量子假说解析：微波是一种电磁波，传播不须要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C正确．9．一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，若在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列叙述正确的是(AC)A．该激光在真空中的波长为nλB．该波的频率为eq\f(c,λ)C．该激光器在ts内辐射的能量子数为eq\f(Ptnλ,hc)D．该激光器在ts内辐射的能量子数为eq\f(Ptλ,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介质中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波长λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正确；频率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B错误；在ts内辐射能量E＝Pt，每个能量子能量ε＝hν＝heq\f(c,nλ)，故在ts内辐射的能量子数为eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正确，D错误．二、非选择题10．激光器是一个特别的光源，它发出的光便是激光．红宝石激光器放射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲．现有一红宝石激光器，放射功率为P＝1.0×1010W，所放射的每个光脉冲持续的时间为Δt＝1.0×10－11s，波长为793.4nm，则每列光脉冲的长度l是3×10－3_m，其中含有的能量子数N是4.0×1017个．解析：每列光脉冲的长度l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11m＝3×10－3由光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量关系PΔt＝Nε得N＝eq\f(λPΔt,hc)＝eq\f(7.934×10－7×1.0×1010×1.0×10－11,6.626×10－34×3×108)≈4.0×1017个．11．某广播电台放射功率为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放射多少个电磁波能量子？(2)若向四面八方放射的能量子视为匀称的，求在离天线2.5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率．答案：(1)1031个(2)4×1023个4×10－4W解析：(1)每个能量子的值ε＝hν＝hc/λ＝6.63×10－34×3×108/187.5J≈1.06×10－27J.则每秒钟电台放射上述波长的光子数N＝P·t/ε＝104×1/(1.06×10－27)≈1031(个)．(2)设环状天线每秒接收能量子数为n个，以电台放射天线为球心，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＝4×10－4W.12．一光源的功率P＝40W，发光效率η＝6%，发出频率为ν＝6×1014Hz的可见光．已知普朗克常量h＝6.626×10－34J·s.求：(1)光源每秒发出的能量子数；(2)若每秒有10个能量子进入瞳孔就能引起视觉，瞳孔的直径d＝5mm，则能看到光源的最大距离是多少？答案：(1)6.04×1018个(2)9.7×10解析：(1)光源每秒发出光的能量E＝Pηt，由E＝Nε及ε＝hν得Pηt＝Nhν，则N＝eq\f(Pηt,hν)＝eq\f(40×6%×1,6.626×10－34×6×1014)个≈6.04×1018个．(2)