课堂小练(23) 能量量子化-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理必修 第三册（人教版）

课堂小练(二十三)　能量量子化 学业水平练 1.普朗克常量是自然界的一个基本常数，它的数值是(　　) A.6.02×10-23 mol B.6.625×10-3 mol·s C.6.626×10-34 J·s D.1.38×10-16 mol·s 解析　普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10-34 J·s，在记忆时关键要注意它的单位，C项正确。 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，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，综上所述，只有B项正确。 答案　B 3.硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量，c表示光速)(　　) A.h B.Nh C.Nhλ0 D.2Nhλ0 解析　一个光电子的能量ε=hν=h，则N个光子的总能量E=Nh，B项正确。 答案　B 4.下列关于能量量子化的说法，正确的是(　　) A.能量子与电磁波的频率成反比 B.电磁波波长越长，其能量子越大 C.微观粒子的能量是不连续(分立)的 D.能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的 解析　由ε=hν可知，能量子与电磁波的频率成正比，A项错误；由ε=hν=可知，电磁波波长越长，其能量子越小，B项错误；普朗克提出了量子假说，他认为，物质辐射(或吸收)的能量都是不连续的，是一份一份进行的，C项正确；能量子假设是由普朗克最早提出来的，D项错误。 答案　C 5.(多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究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的黑体谱相关的说法中正确的是(　　) 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 解析　微波是一种电磁波，传播不需要介质，B项错误。 答案　ACD 6.(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是(　　) A.物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波 B.当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高 C.当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强 D.早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高 解析　物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A项错误；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大；当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，故B项正确；当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故C项正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，故D项错误。 答案　BC 7.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为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为(　　) A.　　 　 B. C.　　 　 D.λPhc 解析　每个光量子的能量ε=hν=，每秒钟发射的总能量为P，则n==，A项正确。 答案　A 8.2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是(　　) A.是计算机运算的一种程序 B.表示运算速度的一个单位 C.表示微观世界的不连续性观念 D.类似于质子、中子的微观粒子 解析　量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”，C项正确。 答案　C 9.麒麟9 000型手机芯片是5 nm制作工艺，光刻机是芯片制造的核心设备之一。光刻机通过一系列的光源能量，将光束透射过画着线路图的掩膜，用透镜将线路图成比例缩小后映射到涂有化学层的硅片上，受到光线照射的部分，可以被冲洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的电路图。芯片的制作过程需要用较大能量光子的光照射，应选用的光源是(　　) A.波长长的光源 B.频率大的光源 C.强度小的光源 D.强度大的光源 解析　由光子的能量公式，即E=hν可知，频率越大光子能量越大，光子的能量与光子的强度无关，而根据公式ν=可得，波长越长，光子的频率越小，A、C、D三项错误，B项正确。 答案　B 能力提升练 10.“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. 解析　电磁波的频率ν、普朗克常量h、能量E之间的关系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=，B项正确。 答案　B 11.在绿色植物的光合作用中，每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10-7 m的光量子。每放出1 mol的氧气，同时植物储存469 kJ的能量，绿色植物能量转换效率为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1)(　　) A.9% B.34% C.56% D.79% 解析　设阿伏加德罗常数为NA，因每放出一个氧分子需要吸收8个光量子，故每放出1 mol的氧气需要吸收的光量子数为8NA，其总能量为E=8NA·=8×6.02×1023× J≈1.392×106 J。绿色植物的能量转化效率为η=×100%≈34%，B项正确。 答案　B 12.“神光二号”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=6.63×10-34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个?(保留两位有效数字) 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 n==个≈4.2×1021个。 答案　4.2×1021个 13.用功率P=1 W的光源，照射离光源r=3 m处的某金属薄片。已知光源发出的是波长λ= 5 890 Å的单色光，(1 Å=10-10 m)试计算： (1)单位时间内打到金属片单位面积上的光子数； (2)若取该金属原子的半径r1=0.5×10-10 m，则金属表面上每个原子平均需要隔多长时间才能接收到一个光子? 解析　(1)离光源3 m处的金属片每秒内单位面积上接收的光能为 W== J≈8.846×10-3 J， 每个光子的能量 ε=h= J≈3.377×10-19 J， 所以单位时间内打到金属片单位面积上的光子数为 n==≈2.62×1016(个)。 (2)每个原子的截面积为 S1=π=3.14×(0.5×10-10)2 m2=7.85×10-21 m2。 把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面上每秒内接收到的光子数 n1=nS1=2.62×1016×7.85×10-21≈2.06×10-4 (个)， 每相邻的两个光子落在原子上的时间间隔为Δt== s≈4 854.4 s。 答案　(1)2.62×1016个　(2)4 854.4 s 学科网（北京）股份有限公司 $$