高中物理 4.1 量子概念的誕生規(guī)范訓(xùn)練 教科版選修3-5

第四章波粒二1量子概念的誕生(時(shí)間：60分鐘)知識(shí)點(diǎn)基礎(chǔ)中檔稍難黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、2、3、45經(jīng)典物理論的困難6量子化7、8能量子9、10綜合提升11、12、13、14知識(shí)點(diǎn)一黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．下列敘述錯(cuò)誤的是()．A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波解析根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀態(tài)有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤、C正確；由黑體的定義知D正確．答案B2．如圖4-1-7所示，為t1、t2溫度時(shí)的黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，則兩溫度的關(guān)系為()．圖4-1-7A．t1＝t2B．t1>t2C．t1<t2答案B3．年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家如圖4-1-8所示，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化．他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)．下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是()．圖4-1-8A．微波是指波長(zhǎng)在10－3m到10mB．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說解析微波的波長(zhǎng)范圍是1mm到10m，A正確．微波能在真空中傳播，B不正確．黑體熱輻射實(shí)際上是電磁輻射，C正確．普朗克在研究黑體的熱輻射問題時(shí)提出了能量子假說，D正確．答案ACD4．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與______及______有關(guān)．解析根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和材料的表面狀況有關(guān)．答案材料的種類表面狀況5．“非典”期間，很多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，如圖4-1-9所示，只要被測(cè)者從儀器前走，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？圖4-1-9解析根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的高低，直接決定了該人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度．通過監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的情況就自然知道了該人的體溫．答案見解析知識(shí)點(diǎn)二經(jīng)典物理理論的困難6．能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()．A．能量的連續(xù)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解釋D．牛頓提出的能量微粒說解析根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋，故B正確．答案B知識(shí)點(diǎn)三量子化7．關(guān)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法正確的是()．A．以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收B．輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．吸收的能量可以是連續(xù)的D．輻射和吸收的能量是量子化的解析根據(jù)普朗克能量子假說，帶電粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，能量的輻射或吸收要一份份的進(jìn)行，故A、B、D正確、C錯(cuò)誤．答案ABD8．以下宏觀概念，哪些是“量子化”的()．A．一顆樹苗生長(zhǎng)的高度B．從車站開出的汽車駛過的路程C．人的個(gè)數(shù)D．燒水時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)解析A、B、D三個(gè)選項(xiàng)描述的內(nèi)容都是連續(xù)的，只有C項(xiàng)是不連續(xù)的，即量子化的．答案C知識(shí)點(diǎn)四能量子9．已知某單色光的波長(zhǎng)為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為()．A．heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正確解析由光速、波長(zhǎng)的關(guān)系可得出光的頻率ν＝eq\f(c,λ)，從而ε＝hν＝heq\f(c,λ)，故A選項(xiàng)正確．答案A10．紅、橙、黃、綠4種單色光中，光子能量最小的是()．A．紅光B．橙光C．黃光D．綠光解析由ε＝hν，因?yàn)榧t光的頻率最低，所以紅光光子的能量最?。鸢窤11．如圖4-1-10紅寶石激光器的工作物質(zhì)紅寶石含有鉻離子的三氧化二鋁晶體，利用其中的鉻離子產(chǎn)生激光．鉻離子的能級(jí)圖如圖4111所示，E1是基態(tài)，E2是亞穩(wěn)態(tài)，E3是激發(fā)態(tài)，若以脈沖氙燈發(fā)出的波長(zhǎng)為λ1的綠光照射晶體，處于基態(tài)的鉻離子受到激發(fā)而躍遷到E3，然后自發(fā)地躍遷到E2，釋放波長(zhǎng)為λ2的光子，處于亞穩(wěn)態(tài)E2的離子躍遷到基態(tài)時(shí)輻射出的光就是激光，這種激光的波長(zhǎng)為()．圖4-1-10圖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)，根據(jù)E3－E1＝(E3－E2)＋(E2－E1)，可得eq\f(hc,λ1)－eq\f(hc,λ2)＝eq\f(hc,λ)，則λ＝eq\f(λ1λ2,λ2－λ1).答案A12．氦－氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為633nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為1MW時(shí)，每秒發(fā)出的光子數(shù)為多少？解析據(jù)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(個(gè))．答案3.2×1015個(gè)13．某廣播電臺(tái)發(fā)射功率為10kW，在空氣中波長(zhǎng)為187.5m的電磁波，試求：(1)該電臺(tái)每秒鐘從天線發(fā)射多少個(gè)光子？(2)若發(fā)射的光子四面八方視為均勻的，求在離天線2.5km處，直徑為2m的環(huán)狀天線每秒接收的光子個(gè)數(shù)以及接收功率？解析(1)每個(gè)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.則每秒鐘電臺(tái)發(fā)射上述波長(zhǎng)光子數(shù)N＝eq\f(P·t,ε)＝eq\f(104×1,1.06×10－27)＝1031(個(gè))．(2)設(shè)環(huán)狀天線每秒接收光子數(shù)為n個(gè)，以電臺(tái)發(fā)射天線為球心，則半徑為R的球面積S＝4πR2，而環(huán)狀天線的面積S′＝πr2，所以，n＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πr2,4πR2)))×N＝4×1023(個(gè))；接收功率P收＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(πr2,4πR2)))·P總＝4×10－4W.答案(1)1031個(gè)(2)4×1023個(gè)4×10－4W14．太陽光垂直射到地面上時(shí)，地面上1m2(1)假設(shè)認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)約為0.55μm.日地間距離R＝1.5×1011m，普朗克常量h＝6.6×10(2)若已知地球的半徑為6.4×106解析(1)設(shè)地面上垂直陽光每平方米面積上每秒鐘接收的可見光光子數(shù)為n，則有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