2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE4能量量子化時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．紅、黃、綠、紫四種單色光中，能量最小的是(B)A．紫光光子 B．紅光光子C．綠光光子 D．黃光光子解析：光子能量ε＝hν，由光的頻率ν紅<ν黃<ν綠<ν紫知，紅光光子能量最小，B正確．2．關(guān)于對熱輻射的相識，下列說法中正確的是(B)A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只汲取電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)C．輻射強(qiáng)度按波長的分布狀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是黑體輻射的特征，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．3．許多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走，便可知道他的體溫是多少，關(guān)于其原理，下列說法正確的是(C)A．人的體溫會(huì)影響四周空氣溫度，儀器通過測量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射狀況與被測者的溫度有關(guān)C．被測者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布狀況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長的成分強(qiáng)D．被測者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布狀況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長波長的成分強(qiáng)解析：依據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，人的體溫的凹凸，干脆確定了輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的狀況，就可知道這個(gè)人的體溫，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．4．關(guān)于對黑體的相識，下列說法正確的是(C)A．黑體只汲取電磁波，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．假如在一個(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)多次反射和汲取，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，不肯定是黑的，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；小孔只汲取電磁波，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．5．紅外遙感衛(wèi)星通過接收地面物體發(fā)出的紅外輻射來探測地面物體的狀況．地球大氣中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能劇烈汲取某些波長范圍的紅外輻射，即地面物體發(fā)出的某些波長的電磁波，只有一部分能夠通過大氣層被遙感衛(wèi)星接收．如圖所示為水和二氧化碳對某一波段不同波長電磁波的汲取狀況．由圖可知，在該波段紅外遙感大致能夠接收到的波長范圍為(D)A．2.5μm～3.5μm B．4μm～4.5μmC．5μm～7μm D．8μm～13μm解析：由圖可知，水對紅外輻射汲取率最低的波長范圍是8μm～13μm；二氧化碳對紅外輻射汲取率最低的波長范圍是5μm～13μm.綜上可知選D.6．人眼對綠光最為敏感，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6.63×10－34J·s，光速為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個(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收到的最小功率為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．關(guān)于黑體輻射的探討，物理學(xué)家曾經(jīng)用熱力學(xué)和電磁學(xué)的學(xué)問尋求黑體輻射的理論說明，德國的維恩和英國的瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度與波長的理論公式．維恩公式在短波區(qū)與試驗(yàn)特別接近，在長波區(qū)與試驗(yàn)偏很大，瑞利公式在長波區(qū)與試驗(yàn)基本一樣，而短波區(qū)與試驗(yàn)嚴(yán)峻不符，依據(jù)以上信息，可推知以上二位物理學(xué)家曾經(jīng)用的物理學(xué)問作為理論依據(jù)而進(jìn)行的探討正確的是(AD)A．德國的維恩探討的理論依據(jù)是熱力學(xué)B．英國的瑞利探討的理論依據(jù)是熱力學(xué)C．德國的維恩探討的理論依據(jù)是電磁學(xué)D．英國的瑞利探討的理論依據(jù)是電磁學(xué)8．2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國科學(xué)家，以表彰他們發(fā)覺了宇宙微波背景輻射的黑體譜形態(tài)及其溫度在不同方向上的微小改變．他們的精彩工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)探討進(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的黑體譜相關(guān)的說法中正確的是(ACD)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．黑體的熱輻射事實(shí)上是電磁輻射D．普朗克在探討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，傳播不須要介質(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．9．一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為λ，若在真空中速度為c，普朗克常量為h，則下列敘述正確的是(AC)A．該激光在真空中的波長為nλB．該波的頻率為eq\f(c,λ)C．該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(Ptnλ,hc)D．該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(Ptλ,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介質(zhì)中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波長λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正確；頻率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B錯(cuò)誤；在ts內(nèi)輻射能量E＝Pt，每個(gè)能量子能量ε＝hν＝heq\f(c,nλ)，故在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正確，D錯(cuò)誤．二、非選擇題10．激光器是一個(gè)特別的光源，它發(fā)出的光便是激光．紅寶石激光器放射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個(gè)光脈沖．現(xiàn)有一紅寶石激光器，放射功率為P＝1.0×1010W，所放射的每個(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間為Δt＝1.0×10－11s，波長為793.4nm，則每列光脈沖的長度l是3×10－3_m，其中含有的能量子數(shù)N是4.0×1017個(gè)．解析：每列光脈沖的長度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及能量關(guān)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個(gè)．11．某廣播電臺放射功率為10kW、在空氣中波長為187.5m的電磁波，試求：(1)該電臺每秒鐘從天線放射多少個(gè)電磁波能量子？(2)若向四面八方放射的能量子視為勻稱的，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個(gè)數(shù)以及接收功率．答案：(1)1031個(gè)(2)4×1023個(gè)4×10－4W解析：(1)每個(gè)能量子的值ε＝hν＝hc/λ＝6.63×10－34×3×108/187.5J≈1.06×10－27J.則每秒鐘電臺放射上述波長的光子數(shù)N＝P·t/ε＝104×1/(1.06×10－27)≈1031(個(gè))．(2)設(shè)環(huán)狀天線每秒接收能量子數(shù)為n個(gè)，以電臺放射天線為球心，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＝4×10－4W.12．一光源的功率P＝40W，發(fā)光效率η＝6%，發(fā)出頻率為ν＝6×1014Hz的可見光．已知普朗克常量h＝6.626×10－34J·s.求：(1)光源每秒發(fā)出的能量子數(shù)；(2)若每秒有10個(gè)能量子進(jìn)入瞳孔就能引起視覺，瞳孔的直徑d＝5mm，則能看到光源的最大距離是多少？答案：(1)6.04×1018個(gè)(2)9.7×10解析：(1)光源每秒發(fā)出光的能量E＝Pηt，由E＝Nε及ε＝hν得Pηt＝Nhν，則N＝eq\f(Pηt,hν)＝eq\f(40×6%×1,6.626×10－34×6×1014)個(gè)≈6.04×1018個(gè)．(2)