高中物理选修3-5同步练习试题解析：17.1

高中物理选修3-5同步练习试题解析：17.1

高中物理选修3-5同步练习试题解析

能量量子化

1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )

A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的

B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体

解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。

答案：C

2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( ) A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波 B．温度越高，物体辐射的电磁波越强

C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关 D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色

解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。

答案：B

3．关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是( ) A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε

B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C．能量子与电磁波的频率成正比

D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的

解析：根据普朗克能量子假说知，A错误，B、C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D错误。

答案：B、C

4．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

解析：在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量ε＝hν可知红光光子能量最小。

答案：A

5．某种光的光子能量为E，这种光在某一种介质中传播时的波长为λ，则这种介质的折射率为( )

λEλEA. B. hchchhC. D. λEλEEλE

解析：这种光的频率为ν＝，则这种光在介质中的传播速度为v＝νλ＝。

hh

cch

所以这种光在这种介质中的折射率为n＝v＝，

λE

即C选项正确。

答案：C

6．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为( )

PchcA. B. hλλλPλcC. D. hchP

c

解析：每个激光光子的能量为ε＝h，则激光器的发射功率为P＝nε。其中n为激光器

λλP

每秒钟发射的能量子数，所以n＝，即C选项正确。

hc

答案：C

7．红光和紫光相比( )

A．红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B．红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C．红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D．红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小

解析：此题只需比较红光和紫光的区别就行了，红光与紫光相比，红光波长较长、频率较低、光子能量较低、在同种介质中传播速度较快，正确答案为B。

答案：B

8．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )

－

A．微波是指波长在103 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

解析：微波是一种电磁波，传播不需要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C正确。

答案：A、C、D

9．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论，λm与辐射源的绝

－

对温度T的关系近似为Tλm＝2.90×103 m·K。

(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为( )

－

A．7.8×105 m

－

B．9.4×106 m

－

C．1.16×104 m

－

D．9.7×108 m

(2)老鼠发出的最强的热辐射属于( ) A．可见光波段 B．紫外波段 C．红外波段 D．X射线波段

解析：(1)老鼠的体温T＝(273＋37) K＝310 K

－

由题设条件λm与T的近似关系式：λmT＝2.90×103 m·K

－3－3

2.90×102.90×10－

得λm＝＝ m≈9.4×106 m，B正确。

T310

－－

(2)可见光的波长范围4.0×107～7.0×107 m，λm大于此范围，所以属于红外线，C正确。也可根据老鼠的体温不高不能辐射可见光进行判断。

答案：(1)B (2)C

－

10．二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×103—1.6×10－3 m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，“温室效应”使大气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的________。

－34

(已知普朗克常量h＝6.6×10 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s。结果取两位数字)

c

解析：由c＝λν得ν＝。

λ

则求得频率范围为2.1×1011—1.9×1011Hz。

－－

又由E＝hν得能量范围为1.4×1022—1.3×1022 J。

温度越高分子无规则运动更剧烈，无规则热运动的平均动能也越大。

－－

答案：2.1×1011Hz—1.9×1011Hz 1.4×1022 J—1.3×1022 J 平均动能增大

11．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它

－

可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×1034 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(取两位有效数字)。

c

解析：每个激光光子的能量为ε＝h，该紫外激光中所含光子数为

λ

E2 400n＝＝个

ε3.0×108－34

6.63×10×－0.35×106

≈4.2×1021个。 答案：4.2×1021

12．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多少个？

c

解析：据P＝nhν，ν＝，得

λ－3

1×10P

n＝＝≈3.2×1015(个)。 8hν3×10－

6.63×1034×－

633×109

答案：3.2×1015个

13．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有

－

6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.626×1034 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所收到的最小功率是多少？

Nhc

解析：根据光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量关系Pt＝Nε，得P＝＝

λt

－

6×6.626×1034×3×108－

W≈2.3×1018 W。 －7

5.3×10×1

－

答案：2.3×1018 W

14．某广播电台发射功率为10 kW、在空气中波长为187.5 m的电磁波，试求： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个电磁波能量子？

(2)若发射的能量子向周围辐射可视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的能量子数以及接收功率。

解析：(1)由光速公式c＝λν、能量子公式ε＝hν及能量关系Pt＝Nε 得电台每秒发射的能量子数

187.5×104×1λPt

N＝＝个/秒

hc6.626×10－34×3×108≈9.4×1030个/秒。

(2)设环状天线每秒接收能量子为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积

πr2

22为S＝4πR。而环状天线的面积S′＝πr，所以n＝N≈3.8×1023个

4πR2

πr2－

接收功率P收＝P总＝4×104 W。 2

4πR

－

答案：(1)9.4×1030个 (2)3.8×1023个 4×104 W

15．太阳光垂直射到地面上时，1 m2地面接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%。

(1)假如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＝－

6.6×1034 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？