高中物理選修5同步練習(xí)試題解析：7

PAGEPAGE4高中物理選修3-5同步練習(xí)試題解析能量量子化1．關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故A錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，故B錯(cuò)、C對(duì)；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個(gè)黑體，而不是空腔，故D錯(cuò)誤。答案：C2．關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說法中正確的是()A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)C．輻射強(qiáng)度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無關(guān)D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色解析：一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；選項(xiàng)C是黑體輻射的特性，C錯(cuò)誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯(cuò)誤。答案：B3．關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的解析：根據(jù)普朗克能量子假說知，A錯(cuò)誤，B、C正確；普朗克能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，D錯(cuò)誤。答案：B、C4．紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是()A．紅光 B．橙光C．黃光 D．綠光解析：在四種顏色的光中，紅光的波長最長而頻率最小，由光子的能量ε＝hν可知紅光光子能量最小。答案：A5．某種光的光子能量為E，這種光在某一種介質(zhì)中傳播時(shí)的波長為λ，則這種介質(zhì)的折射率為()A.eq\f(λE,h) B.eq\f(λE,ch)C.eq\f(ch,λE) D.eq\f(h,λE)解析：這種光的頻率為ν＝eq\f(E,h)，則這種光在介質(zhì)中的傳播速度為v＝νλ＝eq\f(λE,h)。所以這種光在這種介質(zhì)中的折射率為n＝eq\f(c,v)＝eq\f(ch,λE)，即C選項(xiàng)正確。答案：C6．某激光器能發(fā)射波長為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的能量子數(shù)為()A.eq\f(Pc,hλ) B.eq\f(hc,λ)C.eq\f(λP,hc) D.eq\f(λc,hP)解析：每個(gè)激光光子的能量為ε＝heq\f(c,λ)，則激光器的發(fā)射功率為P＝nε。其中n為激光器每秒鐘發(fā)射的能量子數(shù)，所以n＝eq\f(λP,hc)，即C選項(xiàng)正確。答案：C7．紅光和紫光相比()A．紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)紅光的速度較大B．紅光光子的能量較??；在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)紅光的速度較大C．紅光光子的能量較大；在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)紅光的速度較小D．紅光光子的能量較??；在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)紅光的速度較小解析：此題只需比較紅光和紫光的區(qū)別就行了，紅光與紫光相比，紅光波長較長、頻率較低、光子能量較低、在同種介質(zhì)中傳播速度較快，正確答案為B。答案：B8．下列與宇宙微波背景輻射的黑體譜相關(guān)的說法中正確的是()A．微波是指波長在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：微波是一種電磁波，傳播不需要介質(zhì)，B錯(cuò)誤；由于分子和原子的熱運(yùn)動(dòng)引起一切物體不斷向外輻射電磁波，又叫熱輻射，C正確。答案：A、C、D9．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過營養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用。蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫約為37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長為λm。根據(jù)熱輻射理論，λm與輻射源的絕對(duì)溫度T的關(guān)系近似為Tλm＝2.90×10－3(1)老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長為()A．7.8×10－5mB．9.4×10－6C．1.16×10－4mD．9.7×10－8(2)老鼠發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射屬于()A．可見光波段 B．紫外波段C．紅外波段 D．X射線波段解析：(1)老鼠的體溫T＝(273＋37)K＝310K由題設(shè)條件λm與T的近似關(guān)系式：λmT＝2.90×10－3m得λm＝eq\f(2.90×10－3,T)＝eq\f(2.90×10－3,310)m≈9.4×10－6m，B正確。(2)可見光的波長范圍4.0×10－7～7.0×10－7m，λm答案：(1)B(2)C10．二氧化碳能強(qiáng)烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.4×10－3—1.6×10－3m，相應(yīng)的頻率范圍是________，相應(yīng)的光子能量的范圍是________，“溫室效應(yīng)”使大氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的________。(已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×10解析：由c＝λν得ν＝eq\f(c,λ)。則求得頻率范圍為2.1×1011—1.9×1011Hz。又由E＝hν得能量范圍為1.4×10－22—1.3×10－22J。溫度越高分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)更劇烈，無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能也越大。答案：2.1×1011Hz—1.9×1011Hz1.4×10－22J—1.3×10－22J平均動(dòng)能增大11．神光“Ⅱ”裝置是我國規(guī)模最大，國際上為數(shù)不多的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長λ為0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)？(取兩位有效數(shù)字)。解析：每個(gè)激光光子的能量為ε＝heq\f(c,λ)，該紫外激光中所含光子數(shù)為n＝eq\f(E,ε)＝eq\f(2400,6.63×10－34×\f(3.0×108,0.35×10－6))個(gè)≈4.2×1021個(gè)。答案：4.2×102112．氦—氖激光器發(fā)出波長為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)為多少個(gè)？解析：據(jù)P＝nhν，ν＝eq\f(c,λ)，得n＝eq\f(P,hν)＝eq\f(1×10－3,6.63×10－34×\f(3×108,633×10－9))≈3.2×1015(個(gè))。答案：3.2×1015個(gè)13．人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.626×10－34J·s，光速為3.0×108解析：根據(jù)光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量關(guān)系Pt＝Nε，得P＝eq\f(Nhc,λt)＝eq\f(6×6.626×10－34×3×108,5.3×10－7×1)W≈2.3×10－18W。答案：2.3×10－18W14．某廣播電臺(tái)發(fā)射功率為10kW、在空氣中波長為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)電磁波能量子？(2)若發(fā)射的能量子向周圍輻射可視為均勻的，求在離天線2.5km處，直徑為2m的環(huán)狀天線每秒接收的能量子數(shù)以及接收功率。解析：(1)由光速公式c＝λν、能量子公式ε＝hν及能量關(guān)系Pt＝Nε得電臺(tái)每秒發(fā)射的能量子數(shù)N＝eq\f(λPt,hc)＝eq\f(187.5×104×1,6.626×10－34×3×108)個(gè)/秒≈9.4×1030個(gè)/秒。(2)設(shè)環(huán)狀天線每秒接收能量子為n個(gè)，以電臺(tái)發(fā)射天線為球心，則半徑為R的球面積為S＝4πR2。而環(huán)狀天線的面積S′＝πr2，所以n＝eq\f(πr2,4πR2)N≈3.8×1023個(gè)接收功率P收＝eq\f(πr2,4πR2)P總＝4×10－4W。答案：(1)9.4×1030個(gè)(2)3.8×1023個(gè)4×10－4W15．太陽光垂直射到地面上時(shí)，1m2(1)假如認(rèn)為可見光的波長約為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r＝6.4×106解析：(1)設(shè)地面上垂直陽光的1m2面積上每秒鐘接收的可見光光子數(shù)為n，則有P×45%＝n·heq\f(c,λ)。解得n＝eq\f(0.45λP,hc)＝eq\f(0.45×0.55×10－6×1.4×103,6.6×10－34×3×108)(個(gè))＝1.75×1021個(gè)。設(shè)想一個(gè)以太陽為球心，以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽。大球面接受的光子數(shù)即等于太陽輻射的全部光子數(shù)。則所求可見光光子數(shù)N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14