第4章 1.普朗克黑体辐射理论-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练测（人教版2019）

第四章 原子结构和波粒二象性 1.普朗克黑体辐射理论 学习目标 1.知道黑体，黑体辐射的概念。 2.了解黑体辐射的实验规律。 3.知道能量子的概念，会计算能量子大小。 4.了解普朗克量子假说 自主学习探新知 深前预习双基墓实 一、黑体与黑体辐射 2.能量子大小：e= ,其中y是带电微 1.黑体 粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电 (1)定义：某种物体能够 入射的各 磁波的频率，h称为 。h=6.626 种波长的电磁波而不发生 ,这种物 ×101J·s(一般取h=6.63×1031J·s)。 体就是绝对黑体，简称黑体。 3.能量的量子化：在微观世界中能量是 (2)黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可 的，或者说微观粒子的能量是 的。 以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体 名自我诊断 辐射。 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误 (3)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度 的画“×”)。 按波长的分布只与黑体的 有关。 (1)黑体一定是黑色的物体。 ( 2.黑体辐射的实验规律 (2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物 (1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度 都有 体叫黑体。 () (2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向 (3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。 波长 的方向移动。 () 二、能量子 (4)黑体是一种客观存在的物质。() 1.定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带 (5)微观粒子的能量只能是能量子的整 电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的 数倍。 () ,他把这个不可再分的最小能量值 (6)能量子的能量不是任意的，其大小与电 e叫作 磁波的频率成正比。 () 59 ◆高中物理·选择性必修第三册（人载版） 2.关于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是( C.黑体辐射随着温度的升高，各种波长的 A.黑体能完全吸收人射的各种波长的电磁 辐射强度都增加且辐射强度的极大值向 波而不发生反射 波长较短的方向移动 B.一般物体辐射电磁波的情况与温度无 D.带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某 关，只与材料的种类及表面情况有关 一最小能量值的整数倍 互动探究解疑难 要点归纳重难突皱 要点一黑体辐射的规律 2问题导引 (2)随着温度的升高 黑体辐射电磁波的强度按波长分布如 ①各种波长的辐射强度都有增加： 图所示，当温度从1100K升高到1700K ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移 时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变 动（如图所示）。 化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？ 辐射强度 1300 2/pm 被丧 口典例剖析 黑体辐射的实验规律 [例门在实验室或工厂的高温炉子上开一 小孔，由黑体的热辐射特性，就可以确定炉 内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与 其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确 的是 () 探究升华 1.一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收，反射特点 辐射电磁波的情况与 慨吸收又反射，其能力 温度有关，与材料的种 与材料的种类及入射 波长 类及表面状况有关 波长等因素有关 A.T<T 辐射电磁波的强度按 B.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射 完金吸收各种人射电 体 波长的分布只与黑体 强度越大 磁波，不反射 的温度有关 C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有 2.黑体辐射的实验规律 所降低 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分 D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向 布有一个极大值。 波长较短的方向移动 60 第四章原子结构和波粒二象性 针对训练 B.黑体辐射的能量是不连续的，只能是某 1.对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究 一最小能量值的整数倍 被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的 C.黑体不会辐射电磁波 起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是 D.爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好 地解释黑体辐射规律 A.温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 要点二 能量子 问题导引 (2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之 某激光器能发射波长为入的激光，那么 一，它体现了微观世界的基本特征，架起了 激光能量子的能量可以取任意值吗？是连 电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 续的还是一份一份的？设普朗克常量为h, ☑典例剖析 那么每个激光能量子的能量是多少？如果 :[例2]对应于3.4×10J的能量子，其电 激光发射功率为P,那么每秒钟发射多少个 磁辐射的频率和波长各是多少？ 能量子？ 。探究升华 1.能量子和量子数：振动着的带电微粒的能量 只能是某一最小能量值e的整数倍，E=ne, 川规律方法川 当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个 最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收， )思维程序：c=一光的架率 “→強量子的 这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子， 能量二嫩光束的总能量E=一能量子的个数 就是量子数。就是说辐射或吸收能量时 (2)解决此类题目的关键是熟练掌握=hv和c= y及E=框=P1等公式。 以这个最小能量值为单位一份一份地辐射 或吸收，即只能从某一状态“飞跃”地过渡到 口针对训练 另一状态，而不可能停留在不符合这些能量 :2.对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点， 的任何一个中间状态。 以下说法正确的是 () 2.能量子的能量公式：e=hv,其中y是电磁波 A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或 的频率，h称为普朗克常量。h=6.626X 吸收 10-4J·s。 B.辐射和吸收的能量可以不是某一最小值 3.能量子假说的意义 的整数倍 (1)普朗克的能量子假说，使人类对微观世 C.吸收的能量可以是连续的 界的本质有了全新的认识，对现代物理学的 D.辐射和吸收的能量都可以是连续的 发展产生了革命性的影响。 61 ◆高中物理·选择性必修第三册（人数版） 随堂巩固促应用 验证反馈迁移运用 1.(黑体辐射)下列关于热辐射和黑体辐射的 钢射强度 翻射燭度 说法不正确的是 A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度 : 有关 超程度 辐射强度 C.随着温度的升高，黑体辐射强度的极大 值向波长较短的方向移动 D.黑体能够完全吸收人射的各种波长的电 磁波 0 4.(能量子)（多选）对一束太阳光进行分析，下 2.(能量子)以下宏观概念，哪个是“量子化”的 列说法正确的是 () A.太阳光是由各种单色光组成的复合光 A.木棒的长度 B.在组成太阳光的各种单色光中，其能量 B.物体的质量 最强的光是红光 C.物体的动量 C.在组成太阳光的各种单色光中，其能量 D.学生的个数 最强的光是紫光 D.在组成太阳光的各种单色光中，其能量 3.(黑体辐射)下列选项中描绘的是两种温度 都相同 下黑体辐射强度与波长的关系，其中符合黑 体辐射实验规律的是 提示、请完成《素能提升训练》训练十一 2.光电效应 学习目标 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。 2.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。 3.了解光的波粒二象性 自主学习探新知 诉前预习双基落实 一，光电效应的实验规律 中的 从表面逸出的现象。 1,光电效应：照射到金属表面的光，能使金属 :2.光电子：光电效应中发射出来的 622.方向性 不违反 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示(1)能量的总量不会减少。 (2)这不是永动机，手表戴在手腕上，通过手臂的运动， 机械手表获得能量，供手表指针走动，若将此手表长时 间放置不动，它就会停下来。 [典例剖析] [例1] ABC A选项是指不同形式的能量间的转化， 转化过程中能量是守恒的；B选项是指能量在不同的物 体间发生转移，转移过程中能量是守恒的。这正好是能 量守恒定律的两个方面———转化与转移。第一类永动 机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，所以 A、B、 C正确；D选项中机械能可能减少，但机械能并没有消 失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故 D错误。 [针对训练] 1.AD 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地 对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能 量守恒定律，这也是它不能制成的原因。 要点二 [问题导引] 提示(1)不能，两个温度不同的物体相互接触时，热量 会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度 降低，低温物体的温度升高，这个过程是自发进行的，不 需要任何外界的影响或者帮助。有时我们也能实现热 量从低温物体传给高温物体，如电冰箱，但这不是自发 地进行的，需要消耗电能。 (2)①不是；②不能。 [典例剖析] [例2] BD 根据传热的规律可知，热量可以自发地从 高温物体传到低温物体，但不能自发地(不需要外界帮 助)从低温物体传到高温物体，但是如果借助外界的帮 助，热量可以从低温物体传到高温物体，故 A错误，B正 确；机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服 摩擦力做功且最终停止运动时，机械能全部转化为内 能),在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机械 能，如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量全 部用来做功，故C错误，D正确。 [针对训练] 2.A 不消耗能量而不断对外做功的第一类永动机是不 可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，故 A正确； 从单一热库吸收热量而对外做功的第二类永动机不违 反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故 B错误； 热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内能，而内 能在“一定的条件下”也能转化为机械能，故C错误；热 量能从高温物体传向低温物体，在“一定的条件下”也能 从低温物体传向高温物体，故 D错误。 要点三——[问题导引] 提示(1)内能。 (2)能量是守恒的，但能量耗散却导致能量品质的降低， 在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化 为低品质的能量。 [典例剖析] [例3] B 能量虽然守恒，但能量耗散导致能量的品 质降低即不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应 开发新型的清洁型的能源，故 B错误。 [针对训练] 3.BD 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量 最终转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用， 这种现象叫作能量耗散，能量耗散并不违反能量守恒定 律，宇宙中的能量既没有减少，也没有消失，它从能量角 度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故 A、C错误， B、D正确。 【随堂巩固促应用】 1.ACD 能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管 能量守恒，但使用过程中会有能量耗散，常规能源并不 是取之不尽，用之不竭的，B错误；能源利用推动人类进 步的同时会破坏人类生存的环境，必须加强环境保护， C正确；开发新能源可以缓解常规能源的不足，D正确。 2.D 汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡 之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一 部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故选D。 3.ACD 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性。 无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机 械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械 能”,故 A正确；由电流热效应中的焦耳定律可知，电流 的能可以全部转化为内能，故 B错误；火力发电机发电 时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能 →机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能 必然不能全部变为电能，故C正确；热量从低温物体传 递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，会 带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主 要思想，故D正确。 第四章 原子结构和波粒二象性 1.普朗克黑体辐射理论 【自主学习探新知】 一、1.(1)完全吸收 反射 (3)温度 2.(1)增加(2)较短 二、1.整数倍 能量子 2.hv 普朗克常量 3.量子化 分立 自我诊断 1.(1)×(2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)√ 2.B 能100?吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的 物体称为黑体，故 A正确；温度越高，一般物体辐射越 强，所以一般物体辐射电磁波的强度按波长的分布与温 度有关，故 B错误；温度越高，则黑体辐射越强，且辐射 强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；普朗 克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，带电微粒辐射 和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，故 D 正确。本题选错误的，故选B。 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示 变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动， 即变短。 [典例剖析] [例1] D 不同温度的物体向外辐射电磁波的波长范 围是不同的，温度越高向外辐射的电磁波中波长短的波 越多，所以T?>T?,故 A错误；由图像可知，同一温度 下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最 小的，而是处在最大与最小波长之间，故 B错误；由图像 可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错 误；由图像可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强 度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长 较短的方向移动，故 D正确。 10 [针对训练] 1.B 一切物体都会辐射电磁波，温度低于0℃的物体会 辐射电磁波，绝对零度的物体可能没有辐射，物体的温 度越高，辐射的电磁波越强，故 A错误；普朗克假设黑 体辐射中的辐射能量是不连续的，只能是能量基本单位 的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，故 B正确；黑体是一种理想化模型，黑体能100?吸收入 射到其表面的电磁波，并且不会有任何的反射与透射， 但是黑体会向外辐射电磁波，故C错误；普朗克借助能 量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，故D错误。 要点二———[问题导引] 提示 能量子的能量不是连续的，而是一份一份的， E=h六，n=t=。 [典例剖析] [例2] [解析] 根据公式e=hv和v=一得， v=h=6.63×10- H?=5.13×10"Hz, λ==3.13×10°m=5.85×10?7m。 [答案] 5.13×10? Hz5.85×10-?m [针对训练] 2. A 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或吸收的，是 不连续的。故 A正确，B、C、D错误。 【随堂巩固促应用】 1.B 一切物体都在辐射电磁波，故 A正确；一般物体辐 射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类和表 面状况有关，故 B错误；黑体辐射强度的极大值向波长 较短的方向移动，故C正确；能100?吸收入射到其 表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故 D正确。本 题选不正确的，故选 B。 2.D 所谓“量子化”是不连续的，一份一份的，故 D正确。 3.A 由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强 度向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。 4.AC 根据棱镜散射实验得，太阳光是由各种单色光组 成的复合光，故 A正确。根据能量子的概念得，光的能 量与它的频率有关，而频率又等于光速除以波长，由于 红光波长最长，紫光波长最短，可以得出各单色光中能 量最强为紫光，能量最弱为红光，即 B、D错误，C正确。 2.光电效应 【自主学习探新知】 一、1.电子 2.电子 3.(2)饱和(4)瞬时性 4.最小值 二、1.光子 2.(1)hv hv(2)逸出功 (3)h三、(2)动量 粒子性 四、(1)波动性(2)粒子性(3)波粒二象性 自我诊断 1.(1)×(2)×(3)× (4)√ (5)×(6)√ (7)√ (8)√ 2. 五 hi-w。 【互动探究解疑难】 要点—-——[问题导引] 提示 锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发射 出光电子，因此锌板会显示正电性，验电器会因带正电 荷而使金属箔片张开一定角度。 [典例剖析] [例1] BC 入射光的频率小于极限频率时，无论照射 多长时间也不能产生光电流，A 错误；根据c=λv,当λ= 0.5 μm时，v=6.0×101? Hz,大于极限频率，B正确；入 射光的强度增加，光电流一定增加，C正确；增加电源电 压，光电流不一定增加，D错误。 [针对训练] 1.ABD 由光电效应知，对于某种金属，其逸出功是一个 定值，当照射光的频率一定时，光子的能量是一定的，产 生的光电子的最大初动能也是一定的，若提高照射光的 频率，则产生的光电子最大初动能也将增大。要想使某 种金属发生光电效应，必须使照射光的频率大于其截止 频率v。。因刚好发生光电效应时，光电子的初动能为 vo=w, vo=,又零，有hy?=W,所以 ,若照射光频率 v≥v,即λ≤λ?=w时能发生光电效应。同一频率的光 照射到不同金属上时，因各种金属的逸出功不相同，产 生的光电子的最大初动能也不相同，逸出功越小，电子 摆脱金属的束缚也越容易，电子脱离金属表面时的初动 能越大。若照射光的频率不变，对于特定的金属，增加 光强，不会增加光电子的最大初动能，因频率不变时，入 射光的光子能量不变，但由于光强的增加，入射光的光 子数目增加，因而产生的光电子数目也随之增加。故正 确答案为ABD。 要点二——[问题导引] 提示(1)光电子的最大初动能随入射光频率的增大而 增大，但不是正比关系。 (2)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素 无关。 [典例剖析] [例2] [解析](1)每秒内由K极发射的光电子数： n=e=1.6×100个=3.5×102个。 (2)由光电效应方程可知， E=hv-W?=h÷-h=hc(1-1), 在 A、K间加电压U时，光电子到达阳极时的动能： E&=Ea+eU=hc(1-1)+eU, 代入数值，得Ek=6.012×10-1J。 (3)根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入 射光的强度无关，如果电势差U不变，则光电子到达 A 极的最大动能不变，E=6.012×10-1?J。 [答案](1)3.5×1012个(2)6.012×10-1?J (3)6.012×10-1?J [针对训练] eU.=2mvm2=hv-W,变形为U。=2.解析 由题意可得 e=k,w=-b,所以h=ek,e-W,结合图像可知 W=—eb。 答案 ek —eb 要点三——[问题导引] 提示 光具有波粒二象性，光既不同于宏观观念的粒 子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有 波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。 11