新教材適用2024-2025學年高中物理第4章原子結構和波粒二象性1普朗克黑體輻射理論夯基提能作業(yè)新人教版選擇性必修第三冊

第四章1.基礎達標練一、選擇題1．(2024·陜西西安期末)以下宏觀概念中，哪些是“量子化”的(A)A．物體的帶電荷量 B．物體的質量C．物體的動量 D．物體的溫度解析：所謂“量子化”是指不連續(xù)的，一份一份的，題中給出的選項中只有物體的帶電荷量是一份一份的，其他均是連續(xù)的，故只有A符合題意。2．(2024·江蘇徐州期中)關于黑體和黑體輻射，下列說法正確的是(C)A．黑體肯定是黑色的B．黑體可以反射電磁波C．黑體輻射規(guī)律表明，電磁波的能量是不連續(xù)的D．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與黑體的形態(tài)有關解析：黑體指的是在任何溫度下都能全部汲取任何波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，黑體本身也能向外輻射電磁波，并非在任何溫度下都呈黑色，只有當自身輻射的可見光特別微弱時看上去才是黑色，A、B錯誤；黑體輻射規(guī)律表明，電磁波的能量是不連續(xù)的，C正確；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與黑體的形態(tài)無關，D錯誤。3．(多選)(2024·江西贛州南康一中月考)假如給一個鐵塊不斷加熱，則(AD)A．鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅、黃白色等顏色B．鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、橘紅、赤紅、黃白色等顏色C．鐵塊輻射出的電磁波中長波成分越來越多D．鐵塊輻射出的電磁波中短波成分越來越多解析：給一個鐵塊不斷加熱，鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色，A正確，B錯誤；隨著溫度的上升，輻射出的電磁波能量越來越高，短波成分越來越多，C錯誤，D正確。4．人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個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3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是(A)A．2.3×10－18W B．3.8×10－18WC．7.0×10－18W D．1.2×10－18W解析：綠光光子能量E＝hν＝eq\f(hc,λ)＝3.8×10－19J，每秒鐘最少有6個綠光的光子射入瞳孔，所以P＝eq\f(6E,1s)≈2.3×10－18W。A正確。5．關于黑體輻射，下列說法正確的是(D)A．溫度高的物體輻射電磁波，低于0℃的物體不輻射電磁波B．物體溫度上升時，熱輻射短波越來越強，長波越來越弱C．維恩公式可以很好地說明黑體輻射在長波區(qū)的試驗規(guī)律D．普朗克引入了能量子的概念，很好地說明了黑體輻射的試驗規(guī)律解析：任何物體都在向外輻射電磁波，故A錯誤；隨著溫度上升，各種波長的電磁波輻射強度都有所增加，短波部分增加得多，故B錯誤；維恩公式在短波區(qū)符合較好，在長波區(qū)差別較大，故C錯誤；普朗克引入了能量子的概念，很好地說明了黑體輻射的試驗規(guī)律，故D正確。6．關于對熱輻射的相識，下列說法中正確的是(C)A．溫度高的物體向外輻射電磁波，溫度低的物體只汲取不輻射電磁波B．愛因斯坦為說明黑體輻射的規(guī)律，提出了“能量子”C．黑體輻射電磁波輻射強度按波長的分布狀況只與溫度有關D．常溫下我們看到物體是因為物體在不斷輻射電磁波解析：溫度高的物體和溫度低的物體都向外輻射電磁波，選項A錯誤；普朗克為說明黑體輻射的規(guī)律，提出了“能量子”，選項B錯誤；黑體輻射電磁波輻射強度按波長的分布狀況只與溫度有關，選項C正確；常溫下我們看到物體是因為物體在不斷反射可見光，不是物體輻射電磁波，選項D錯誤。7．(多選)對于帶電微粒在輻射和汲取能量時的特點，以下說法正確的是(ABD)A．以某一個最小能量值一份一份地輻射或汲取B．輻射和汲取的能量是某一最小值的整數(shù)倍C．汲取的能量可以是連續(xù)的D．輻射和汲取的能量是量子化的解析：依據(jù)普朗克能量子假說，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，能量的輻射、汲取要一份份地進行，故選項A、B、D正確。二、非選擇題8．依據(jù)能量子的概念知，電磁波的能量也是一份一份的。某廣播電臺的放射功率為10kW，其放射出在空氣中波長為187.5m的電磁波。(1)求該電臺每秒從天線放射出多少個電磁波能量子；(2)若該電臺向四周空間放射的能量子可視為勻稱分布的，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數(shù)及接收功率。(能量子射入環(huán)內即可被接收)答案：(1)9.4×1030個(2)3.76×1023個4×10－4W解析：(1)每個電磁波能量子的能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,187.5)J＝1.06×10－27J故電臺每秒放射的電磁波能量子個數(shù)為N＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(104×1,1.06×10－27)個＝9.4×1030個。(2)以電臺放射天線為球心，半徑為R＝2.5km的球表面積為S＝4πR2環(huán)狀天線的接收面積S′＝πr2，其中r＝1m故可得環(huán)狀天線每秒最多能接收的能量子個數(shù)為n＝eq\f(πr2,4πR2)·N＝3.76×1023個。接收功率為P收＝eq\f(πr2,4πR2)·P＝4×10－4W。實力提升練一、選擇題1．能正確說明黑體輻射試驗規(guī)律的是(B)A．能量連續(xù)的經(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說明D．牛頓提出的能量微粒說解析：黑體輻射的試驗規(guī)律用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿足的說明，B正確。2．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射的電磁波來發(fā)覺老鼠的。假設老鼠的體溫為37℃，它輻射出的最強的電磁波波長為λm，依據(jù)熱輻射理論知，λm與輻射源的肯定溫度T的關系近似為λm·T＝2.90×10－3m·K，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。那么老鼠輻射出最強的電磁波的波長和這種電磁波的能量子分別是(T＝273K＋t)(B)A．7.8×10－5m1.9×10－20JB．9.4×10－6m2.1×10－20JC．1.2×10－4m2.1×10－18JD．9.7×10－8m1.1×10－20J解析：由題意有λm·T＝2.90×10－3m·K，則λm＝eq\f(2.90×10－3,310)m≈9.4×10－6m，依據(jù)公式E＝heq\f(c,λm)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,9.4×10－6)J≈2.1×10－20J，故選項B正確。3．目前，非接觸式溫度計在公共場所被廣泛應用，其測溫原理是黑體輻射規(guī)律。下列描述兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖像中，符合黑體輻射規(guī)律的是(B)解析：黑體以電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射強度越大，故A、D錯誤；黑體輻射強度按波長的分布狀況與溫度有關，隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故B正確，C錯誤。4．兩束能量相同的色光，都垂直地照耀到物體表面，第一束光在某段時間內打在物體上的光子數(shù)與其次束光在相同時間內打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量和波長之比分別為(D)A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶4解析：兩束能量相同的色光，都垂直地照耀到物體表面，在相同時間內打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，依據(jù)E＝nE0可得光子能量之比為4∶5；再依據(jù)E0＝hν＝heq\f(c,λ)，光子能量與波長成反比，故光子波長之比為5∶4，故D正確。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。下圖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．2.5～3.5μm B．4～4.5μmC．5～7μm D．8～13μm解析：由圖可知，水對紅外輻射汲取率最低的波長范圍是8～13μm；二氧化碳對紅外輻射汲取率最低的波長范圍是5～13μm。綜上可知，選D。二、非選擇題6．太陽光垂直射到地面上時，地面S＝1m2的面積上接收的太陽光的功率P＝1.4kW，其中可見光部分約占45%，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s。(結果保留2位有效數(shù)字)(1)假如認為可見光的波長約為λ＝0.55μm，日地間的距離R＝1.5×1011m，估算太陽每秒輻射出的可見光子數(shù)為多少；(2)若已知地球的半徑R0＝6.4×106m，估算地球接收的太陽光的總功率。答案：(1)4.9×1044個(2)1.8×1014kW解析：設想一個以太陽為球心，以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽，大球面接收的光子數(shù)等于太陽輻射的全部光子數(shù)；地球背著陽光的半個球面沒有接收太陽光，地球向陽的半個球面面積也不都與太陽光垂直，接收太陽光輻射且與陽光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓面面積。(1)設地面上垂直陽光每平方米面積上每秒接收的可見光光子數(shù)為n，則有Pt×45%＝neq\f(hc,λ)，解得：n＝eq\f(