13.5 能量量子化 【練習(xí)】2024-2025學(xué)年高二物理 同步練（ 人教版2019必修第三冊(cè)）（原卷版）

13.5能量量子化學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)3.3.6知道光是一種電磁波。知道光的能量是不連續(xù)的。初步了解微觀世界的量子化特征。物理觀念：了解黑體輻射。了解能量子的概念。了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。科學(xué)思維：了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡(luò)，感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法?？茖W(xué)探究：了解能量子的概念及其提出的過(guò)程，領(lǐng)會(huì)這一科學(xué)概念的創(chuàng)新性突破中蘊(yùn)含的偉大科學(xué)思想?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。002思維導(dǎo)圖熱輻射黑體、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律能量子能級(jí)量子力學(xué)的建立003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、黑體輻射及實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射，這種輻射與物體的有關(guān)，所以叫熱輻射．(2)特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的不同而有所不同．2．黑體、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)黑體：能夠入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體．(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：①對(duì)于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除了與有關(guān)，還與材料的及表面狀況有關(guān)．②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的有關(guān)．隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較的方向移動(dòng)，如圖．二、能量子1.定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值ε的，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2.能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．三、能級(jí)1．概念2．基態(tài)3．激發(fā)態(tài)4．能級(jí)躍遷5．量子力學(xué)的建立004題型精講【題型一】物理史實(shí)及熱輻射問(wèn)題【典型例題1】（多選）對(duì)宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽(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的黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是（）A．微波是指波長(zhǎng)在10-3m到10m之間的電磁波B．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(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)【典型例題2】下列說(shuō)法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】下列說(shuō)法不正確的是()A.只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B.黑體可以向外界輻射能量C.黑體也可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w也可以有較強(qiáng)的輻射D.普朗克引入能量子的概念得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】（多選）下列說(shuō)法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會(huì)有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來(lái)很明亮，是因?yàn)楹隗w可以有較強(qiáng)的輻射D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面情況有關(guān)【題型二】能量子計(jì)算及能級(jí)問(wèn)題【典型例題3】蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫為37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為，根據(jù)熱輻射理論，與輻射源的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為，普朗克常量。那么老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)和老鼠發(fā)出的這種最強(qiáng)的熱輻射每份能量子（又叫作光子）的能量分別是（）A．

B．

C．

D．

【典型例題4】(多選)下列說(shuō)法正確的是()A．原子的能量是連續(xù)的，原子的能量從某一能量值變?yōu)榱硪荒芰恐?，可以連續(xù)變化B．原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)放出光子C．原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子，且光子的能量等于前后兩個(gè)能級(jí)之差D．由于能級(jí)的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】（多選）某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1.5×10-6m，功率為5.0×10-3W的連續(xù)激光．已知可見(jiàn)光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，該激光器發(fā)出的A．是紫外線 B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10-18J D．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個(gè)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】已知?dú)湓幽芗?jí)公式為En＝eq\f(E1,n2)，其中n為量子數(shù)。氫原子從n能級(jí)向n－1能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的能量可以使處于n能級(jí)上的氫原子電離，則n的最大值為()A.2 B.3C.2＋eq\r(2) D.4【題型三】聯(lián)系實(shí)際問(wèn)題 【典型例題5】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm（1nm=10–9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6×10–34J·s，真空光速c=3×108m/s）（

）A．10–21J B．10–18J C．10–15J D．10–12J【典型例題6】（多選）2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)物理學(xué)家，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(shuō)法中正確的是（）A．微波是指波長(zhǎng)在10-3m到10m之間的電磁波B．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(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】一點(diǎn)光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長(zhǎng)約為6×10－7m的光，在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)．普朗克常量為h＝6.63×10－34J·s.R約為()A．1×102m B．3×102mC．6×102m D．9×102m【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】華為手機(jī)麒麟9000型芯片是5nm制作工藝，光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一。光刻機(jī)通過(guò)一系列的光源能量，將光束透射過(guò)畫(huà)著線路圖的掩模，用透鏡將線路圖成比例縮小后映射到涂有化學(xué)層的硅片上，受到光線照射的部分，可以被沖洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的電路圖。芯片的制作過(guò)程需要用較大能量光子的光照射，應(yīng)選用的光源是（）A.波長(zhǎng)長(zhǎng)的光源 B.頻率大的光源C.強(qiáng)度小的光源 D.強(qiáng)度大的光源00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．“測(cè)溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來(lái)的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ的變化情況是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大 D．I減小，λ減小2.(多選)關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A．黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B．隨著溫度的降低，各種波長(zhǎng)的光輻射強(qiáng)度都有所增加C．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)D．黑體輻射的強(qiáng)度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無(wú)關(guān)3.2020年12月我國(guó)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍。關(guān)于量子，下列說(shuō)法正確的是（）A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序 B．表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念 D．類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子4.上海光源通過(guò)電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后()A．頻率減小 B．波長(zhǎng)減小C．動(dòng)量減小 D．速度減小5.下列說(shuō)法正確的是（）A．麥克斯韋首先預(yù)言了電磁波的存在并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 B．均勻變化的電場(chǎng)可以激發(fā)磁場(chǎng)，并向外傳播形成電磁波 C．在真空中，頻率越高的電磁波波長(zhǎng)越小，傳播速度越大 D．音頻電流的頻率比較低，不能直接用來(lái)發(fā)射電磁波6.（多選）關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)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(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的【素養(yǎng)提升】7.(多選)下列敘述正確的是()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8．普朗克常量，光速為c，電子質(zhì)量為，則在國(guó)際單位制下的單位是()A.J/s B.m C.J·m D.m/s9.（多選）關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是（）A．認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的B．認(rèn)為能量值是連續(xù)的C．認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的10．（多選）1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量D．能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的11．（多選）關(guān)于原子光譜，下列說(shuō)法正確的是（）A．原子光譜是不連續(xù)的B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．分析物質(zhì)發(fā)光的光譜，可以鑒別物質(zhì)中含有那些元素12.（多選）丹麥物理學(xué)家玻爾意識(shí)到了經(jīng)典理論在解釋原子結(jié)構(gòu)方面的困難。在普朗克關(guān)于黑體輻射的量子論和愛(ài)因斯坦關(guān)于光子的概念的啟發(fā)下，他在1913年提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)。如圖為氫原子的電子軌道示意圖，下列說(shuō)法正確的是（）A．電子離原子核越遠(yuǎn)，原子的總能量越大，氫原子的總能量是負(fù)值B．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，電子的電勢(shì)能增加，動(dòng)能減少C．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)，電子電勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量D．電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)輻射的光子的能量比電子從能級(jí)躍遷到能級(jí)吸收的光子的能量大13.紅外線熱像儀可以監(jiān)測(cè)人的體溫，當(dāng)被測(cè)者從儀器前走過(guò)時(shí)，便可知道被測(cè)者的體溫是多少。關(guān)于紅外線熱像儀測(cè)體溫的原理，下列說(shuō)法正確的是（）A．人的體溫會(huì)影響周圍空氣溫度，儀器通過(guò)測(cè)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，反射情況與被測(cè)者的體溫有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較短波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，所輻射紅外線的強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)，且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度大14.某廣播電臺(tái)的發(fā)射功率為10kW，其發(fā)射出在空氣中波長(zhǎng)為187.5m的電磁波．（1）求該電臺(tái)每秒從天線發(fā)射出多少個(gè)電磁波能量子；（2）若該電臺(tái)向周圍空間發(fā)射的能量子可視為均勻分布的，求在離天線2.5km處且直徑為2m的環(huán)狀天線每秒最多能接收的能量子個(gè)數(shù)及接收功率．【能力培優(yōu)】15.太陽(yáng)光垂直射到地面上，地面上1m2接收的太陽(yáng)光的功率為1.4kW，其中可見(jiàn)光部分約占45%.(1)假如認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)(λ＝eq