2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性第1节能量量子化课后限时作业含解析 人教版选修3-5 4页

第1节 能量量子化 ‎1．能正确解释黑体辐射实验规律的是(　　)‎ A．能量的连续经典理论 B．普朗克提出的能量量子化理论 C．牛顿提出的能量微粒说 D．以上说法均不正确 B　解析　根据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有所增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，选项B正确．‎ ‎2．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是(　　)‎ A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 A　解析　能量子大小E＝hν，而以上四种单色光中红光频率最小，选项A正确．‎ ‎3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是(　　)‎ A　解析　根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知答案为选项A．‎ ‎4．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则进入人眼的光子数至少为(　　)‎ A．1个 B．3个 C．30个 D．300个 D　解析　n＝＝＝≈3×102个．‎ ‎5．对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　)‎ A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B．辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍 4‎ C．吸收的能量可以是连续的 D．辐射和吸收的能量都可以是连续的 A　解析　带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射和吸收的，是不连续的，选项A正确，B、C、D错误．‎ ‎6．(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是(　　)‎ A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 ACD　解析　微波是电磁波，可以在真空中传播，不同于声波，选项B错误，其他选项均正确．‎ ‎7．氦—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为(　　)‎ A．2.2×1015 B．3.2×1015‎ C．2.2×1014 D．3.2×1014‎ B　解析　n＝＝＝≈3.2×1015个．‎ ‎8．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为(　　)‎ A． B． C．2he D． B　解析　电磁波的频率ν、普朗克常量h、能量E之间的关系有E＝hν，因为ν＝kU，所以E＝hkU；电压U、电量q与能量E的关系是E＝qU，由题意知q＝2e，所以k＝．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．已知人眼瞳孔的直径为d，一秒进入瞳孔N个波长为λ的光子时就能引起视觉．若辐射功率为P的点光源能发出波长为λ的光子，则此光源能被人眼看到的最大距离是(　　)‎ 4‎ A． B． C．d D．2d A　解析　每个能量子(光子)的能量为ε＝hν＝h，‎ 点光源t秒辐射的光子数为n＝＝，‎ 欲能引起视觉，有N＝×πd2，R＝，选项A正确．‎ ‎10．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．地球大气中的水气(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围内的红外辐射，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吸收情况，由图可知，在该波段遥感卫星大致能够接收到的电磁波波长范围为(　　)‎ A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm C．5～7 μm D．8～13 μm D　解析　由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围大致是8～13 μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围大致是5～13 μm，综上可知，选项D正确．‎ ‎11．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10 W的氩激光器，能发出波长λ＝500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10－3 J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？‎ 解析　(1)根据E＝Pt，所以t＝＝ s＝2×10－4 s．‎ ‎(2)由E＝nE0＝nh得 n＝＝个＝5×1015个．‎ 4‎ 答案　2×10－4 s　5×1015个 ‎12．近日，我国多个城市遭受雾霾侵袭，严重雾霾不仅对人类健康造成伤害，也影响了地面接收太阳光的能量的效率．假设太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接收的太阳光的功率是1.4 kW，其中可见光部分约占 45%．‎ ‎(1)假设认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011 m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数．‎ ‎(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率．‎ 解析　设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数等于太阳辐射的全部光子数；地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面也不处处都与太阳光垂直，接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆面面积．‎ ‎(1)设地面上垂直阳光每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，则有Pt×45%＝n，‎ 解得n＝＝＝1.75×1021(个)，‎ 则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2≈4.9×1044(个)．‎ ‎(2)地球接收阳光的总功率 P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW≈1.8×1014 kW．‎ 答案　(1)4.9×1044个　(2)1.8×1014 kW 4‎