13.5 能量量子化（分层作业）人教版物理必修第三册

13.5 能量量子化（解析版） 目录 1 一、热辐射 1 二、 能量子 2 三、 能级 4 4 高中物理答疑解题助手AI智能体：https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true 一、热辐射 1．如图所示电路，，在两端接上电源后，各电阻消耗的功率的大小比较是（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设，，则。通过、的电流均为干路电流，根据电功率公式分别有， 因此 并联部分的等效电阻为，其两端电压为，根据电功率公式分别有， 因此 由于流过的电流为干路电流，流过的电流，且，根据可得 A．实际功率关系为，不满足，故A错误； B．由于，不满足，故B错误； C．由于且，不满足，故C错误； D．各电阻消耗的功率满足，故D正确。 故选D。 2、 能量子 2．下列关于能量量子化的理解，正确的是（     ） A．微观粒子的能量可以取任意连续数值 B．能量子是电磁波能量的最小分立单元，不可再分 C．普朗克常量越大，能量量子化效应越不明显 D．宏观物体能量不满足量子化规律 【答案】B 【详解】AB．微观粒子的能量是不连续变化的，分立的，是量子化的，能量子是电磁波能量的最小分立单元，不可再分，故A错误，B正确； C．根据，普朗克常量h越大，能量量子化效应越明显，C错误； D．宏观物体能量同样满足量子化规律，因由大量微粒组成，量子化效应极不显著而表现出能量连续性，故D错误。 故选B。 3．下列对能量量子化的深度理解，正确的是（     ） A．微观粒子辐射能量可以连续取值，只是观测呈现分立特征 B．物体辐射、吸收电磁波的能量，只能是单个能量子的整数倍 C．普朗克常量极大，导致宏观世界量子效应无法显现 D．只有可见光具有量子化特征，红外、无线电波能量连续 【答案】B 【详解】A．能量量子化的核心是微观粒子的辐射能量本身就是分立、不连续的，并非观测导致的表观分立，A错误； B．根据普朗克的能量子假说，物体辐射或吸收电磁波的能量是一份一份的，每一份是一个能量子，总能量只能是的整数倍，B正确； C．普朗克常量是数值极小的常量，宏观场景下能量的量子化间隔远小于宏观能量的量级，因此量子效应难以显现，C错误； D．所有电磁波（包括红外、无线电波等）的能量都具有量子化特征，不存在能量连续的电磁波，D错误。 故选B。 4．若实验室中产生了1个阿秒激光脉冲，该激光在真空中的波长λ=50nm，真空中的光速c=3.0×108m/s，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，则该阿秒激光脉冲的光子的能量约为（　　） A．3.98×10-17J B．3.98×10-18J C．3.98×10-19J D．3.98×10-20J 【答案】B 【详解】阿秒激光脉冲的光子的能量为 代入数据解得 故选B。 5．（多选）关于能量子公式，下列说法正确的是（     ） A．是普朗克常量，为定值 B．为电磁波的频率 C．电磁波的能量只能是的整数倍 D．该公式适用于机械波的能量计算 【答案】ABC 【详解】A．是普朗克常量，为定值，A正确； B．为电磁波的频率，B正确； C．根据能量量子化假说，电磁波的能量只能是的整数倍，C正确； D．该公式不适用于机械波的能量计算，D错误。 故选ABC。 6．（多选）下列物理情境中，直接体现量子化思想的是（     ） A．黑体辐射能量不连续，以能量子为基本单元 B．微观辐射能量只能取分立值 C．自由落体的重力势能均匀连续变化 D．电磁波吸收、辐射均为一份一份的 【答案】ABD 【详解】A．黑体辐射的能量以能量子为最小单元、不能连续取值，直接体现了能量量子化的思想，故A正确； B．微观辐射能量只能取分立值，直接符合量子化“物理量取值不连续”的核心特征，故B正确； C．自由落体的重力势能是均匀连续变化的，取值可以是任意连续的数值，完全没有体现量子化思想，故C错误； D．电磁波的吸收和辐射都是一份一份以光子为单元进行的，直接体现了电磁辐射的量子化特征，故D正确。 故选ABD。 3、 能级 7．可以用经典电磁理论解释氢原子光谱吗？为什么？ 【答案】不能。因为经典电磁理论无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱是分立的线状谱。 【详解】不能。因为经典电磁理论无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱是分立的线状谱。 8．从氢气放电管可以获得氢原子光谱，下图为氢原子在可见光区的四条谱线，即图中、、、谱线。从光谱的结果看，氢原子的光谱是什么谱线？试分析氢原子光谱的分布特点。 【答案】氢原子光谱是一条条的亮线，是线状谱。在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 【详解】光谱类型判断：氢原子的光谱是原子内部能级跃迁产生的，由一系列分立的亮线构成，属于线状谱，是氢原子的特征标识。 分布特点分析： 从题图可见谱线并非连续的光带，是彼此分离的亮线，说明谱线对应的波长/频率是分立、不连续的； 可见光区的这组巴耳末系谱线，波长最长（对应红光），向方向波长依次变短，相邻谱线的间隔不断缩小，整体向短波方向逐渐密集，符合氢原子光谱各线系的谱线收敛规律，该规律也为玻尔能级理论解释氢原子光谱提供了实验依据。 9．经典物理无法解释黑体辐射实验现象的问题被称为“紫外灾难”，其核心原因是（     ） A．经典理论认为能量是分立的 B．经典理论认为能量是连续的，导致短波区域理论与实验严重不符 C．实验测量数据存在系统误差 D．经典理论未考虑光速有限 【答案】B 【详解】A．经典物理理论认为能量是连续的，能量量子化是普朗克为解释黑体辐射提出的假设，并非经典理论的观点，故A错误； B．经典理论以能量连续为前提，由瑞利—金斯公式可知，黑体辐射的能量密度随频率增大而急剧增大，在短波区域趋于无穷大，与实验结果严重不符，这正是“紫外灾难”的核心原因，故B正确； C．黑体辐射的实验测量结果具有可靠性，理论与实验的矛盾源于经典理论本身的局限，而不是实验数据存在系统误差，故C错误； D．“紫外灾难”与经典理论是否考虑光速有限无关，其根本原因是经典理论认为能量可以连续取值，故D错误。 故选B。 10．宏观热辐射观测不到量子化现象的本质原因是（     ） A．宏观物体能量不量子化 B．单个能量子能量极小，辐射数量极大，分立效应被抹平 C．温度越高，量子化效应越弱 D．只有微观带电粒子才存在量子化 【答案】B 【详解】A．能量量子化是物质的普遍属性，宏观物体的能量本质也是量子化的，只是量子化的间隔极小，故A错误； B．根据普朗克能量子假说，单个能量子的能量为，其中普朗克常量，数值极小，宏观热辐射时参与辐射的能量子数量极大，分立的量子化效应被平均抹平，因此观测不到量子化现象，故B正确； C．量子化是物质的固有属性，与温度无关，温度仅影响热辐射的功率和波长分布，不会改变量子化效应的强弱，故C错误； D．能量量子化普遍存在于宏观和微观物体中，并非只有微观带电粒子才具有量子化属性，宏观物体的量子化效应仅因过于微弱难以观测，故D错误。 故选B。 11．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒能接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星到太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c。则下列选项错误的是（     ） A．硬X射线中每个波长为λ的光子的能量E=h B．t时间内太阳辐射的波长为λ的光子数n= C．t时间内太阳辐射的硬X射线的光子的总能量E'= D．太阳辐射硬X射线的总功率P= 【答案】D 【详解】A．硬X射线中每个波长为λ的光子的能量，A项正确； B．太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意有 解得，B项正确； C．t时间内太阳辐射的硬X射线的光子的总能量，C项正确； D．太阳辐射硬X射线的总功率，D项错误。 此题选择错误的，故选D。 12．某高能紫外激光在真空中波长，激光输出功率。 (1)求该激光的电磁波频率； (2)计算该激光单个能量子的能量； (3)求激光器每秒向外辐射的能量子个数； (4)若该激光射入水中，分析频率、波长、波速、单个能量子的能量四个物理量的变化情况。 【答案】(1) (2) (3)个 (4)频率不变，单个能量子的能量不变，波速减小，波长减小 【详解】（1）该激光的电磁波频率为 （2）该激光单个能量子的能量为 （3）激光器每秒向外辐射的能量为 则激光器每秒向外辐射的能量子个数为 （4）频率由波源属性决定，与传播介质无关，因此射入水中后频率不变； 根据可知，光子能量不变； 水的折射率n大于1，根据可知，激光射入水中后，传播速度减小； 根据波速等于频率与波长的乘积可知，传播速度减小对应波长减小。 13．某可见光的波长为，（）（已知普朗克常量，真空中光速） (1)求该光的频率； (2)求该光单个能量子的能量； (3)若某光源一秒内向外辐射 个该频率的能量子，求光源的辐射功率。 【答案】(1) (2) 约 (3) 【详解】（1）真空中光的波长、波速、频率满足关系 解得频率： （2） 根据普朗克能量子假说，单个光子（能量子）的能量公式为 代入数值解得 （3）辐射功率的定义是单位时间内辐射的总能量，1秒内辐射个能量子，总能量为。 由 解得 14．某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108m/s） (1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？ (2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数。 【答案】(1)个 (2)个 【详解】（1）每个光子的能量 则每秒电台发射的光子数个 （2）设球状天线每秒接收的最大光子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积 而球状天线的面积 所以个 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $ 13.5 能量量子化（原卷版） 目录 1 一、热辐射 1 二、 能量子 1 三、 能级 2 3 高中物理答疑解题助手AI智能体：https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true 一、热辐射 1．如图所示电路，，在两端接上电源后，各电阻消耗的功率的大小比较是（     ） A． B． C． D． 2、 能量子 2．下列关于能量量子化的理解，正确的是（     ） A．微观粒子的能量可以取任意连续数值 B．能量子是电磁波能量的最小分立单元，不可再分 C．普朗克常量越大，能量量子化效应越不明显 D．宏观物体能量不满足量子化规律 3．下列对能量量子化的深度理解，正确的是（     ） A．微观粒子辐射能量可以连续取值，只是观测呈现分立特征 B．物体辐射、吸收电磁波的能量，只能是单个能量子的整数倍 C．普朗克常量极大，导致宏观世界量子效应无法显现 D．只有可见光具有量子化特征，红外、无线电波能量连续 4．若实验室中产生了1个阿秒激光脉冲，该激光在真空中的波长λ=50nm，真空中的光速c=3.0×108m/s，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，则该阿秒激光脉冲的光子的能量约为（　　） A．3.98×10-17J B．3.98×10-18J C．3.98×10-19J D．3.98×10-20J 5．（多选）关于能量子公式，下列说法正确的是（     ） A．是普朗克常量，为定值 B．为电磁波的频率 C．电磁波的能量只能是的整数倍 D．该公式适用于机械波的能量计算 6．（多选）下列物理情境中，直接体现量子化思想的是（     ） A．黑体辐射能量不连续，以能量子为基本单元 B．微观辐射能量只能取分立值 C．自由落体的重力势能均匀连续变化 D．电磁波吸收、辐射均为一份一份的 3、 能级 7．可以用经典电磁理论解释氢原子光谱吗？为什么？ 8．从氢气放电管可以获得氢原子光谱，下图为氢原子在可见光区的四条谱线，即图中、、、谱线。从光谱的结果看，氢原子的光谱是什么谱线？试分析氢原子光谱的分布特点。 9．经典物理无法解释黑体辐射实验现象的问题被称为“紫外灾难”，其核心原因是（     ） A．经典理论认为能量是分立的 B．经典理论认为能量是连续的，导致短波区域理论与实验严重不符 C．实验测量数据存在系统误差 D．经典理论未考虑光速有限 10．宏观热辐射观测不到量子化现象的本质原因是（     ） A．宏观物体能量不量子化 B．单个能量子能量极小，辐射数量极大，分立效应被抹平 C．温度越高，量子化效应越弱 D．只有微观带电粒子才存在量子化 11．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒能接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星到太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c。则下列选项错误的是（     ） A．硬X射线中每个波长为λ的光子的能量E=h B．t时间内太阳辐射的波长为λ的光子数n= C．t时间内太阳辐射的硬X射线的光子的总能量E'= D．太阳辐射硬X射线的总功率P= 12．某高能紫外激光在真空中波长，激光输出功率。 (1)求该激光的电磁波频率； (2)计算该激光单个能量子的能量； (3)求激光器每秒向外辐射的能量子个数； (4)若该激光射入水中，分析频率、波长、波速、单个能量子的能量四个物理量的变化情况。 13．某可见光的波长为，（）（已知普朗克常量，真空中光速） (1)求该光的频率； (2)求该光单个能量子的能量； (3)若某光源一秒内向外辐射 个该频率的能量子，求光源的辐射功率。 14．某广播电台的发射功率为10 kW，发射的是在空气中波长为187.5 m的电磁波，则：（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108m/s） (1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？ (2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子个数。 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $ 13.5 能量量子化（答案版） 目录 1 一、热辐射 1 二、 能量子 1 三、 能级 1 1 高中物理答疑解题助手AI智能体：https://www.coze.cn/store/agent/7615615129367052342?bot_id=true 一、热辐射 1．【答案】D 2、 能量子 2．【答案】B 3．【答案】B 4．【答案】B 5．【答案】ABC 6．【答案】ABD 3、 能级 7．【答案】不能。因为经典电磁理论无法解释原子的稳定性，也无法解释原子光谱是分立的线状谱。 8．【答案】氢原子光谱是一条条的亮线，是线状谱。在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 9．【答案】B 10．【答案】B 11．【答案】D 12．【答案】(1)(2)(3)个(4)频率不变，单个能量子的能量不变，波速减小，波长减小 13．【答案】(1)(2)约(3) 14．【答案】(1)个(2)个 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $