能量量子化（学生版）

13.5能量量子化题型1热辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越强。2．黑体定义：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)特点①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。②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。说明黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。【例题精讲】1．下列说法不正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体可以向外界辐射能量 C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射 D．普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元2．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。关于黑体和黑体辐射理论，下列说法正确的是（）A．爱因斯坦为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论和光子说 B．黑体向外辐射的是热量，是以光子的形式辐射的 C．一般物体辐射电磁波的情况只与物体的温度有关 D．黑色的物体简称黑体，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动3．普通物体辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，具有一定的分布规律，这种分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。黑体辐射实验规律如图所示，下列说法正确的是（）A．黑体辐射强度按波长的分布只跟黑体温度有关，与黑体材料无关 B．当温度降低时，各种波长的电磁波辐射强度均有所增加 C．当温度升高时，辐射强度峰值向波长较大的方向移动 D．黑体不能够完全吸收照射到它上面的所有电磁波4．利用分光技术和热电偶等设备，可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。1700K和1500K两种温度下的黑体，其辐射强度按波长分布的情况是（）A． B． C． D．5．下面说法正确的是（）A．只要有电场和磁场，就能产生电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度与温度有关 C．电磁波可以携带信息，但是不具有能量 D．光谱中，可见光从红光到紫光波长越来越长题型2能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子。2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s。3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称为光子。说明能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的。【例题精讲】1．关于能量量子化，下列说法正确的是（）A．安培提出了能量子理论 B．法拉第提出了能子量子理论 C．微观粒子的能量是连续的 D．微观粒子的能量是不连续的2．正电子发射断层扫描（PET）是一种核成像技术，其原理是放射性元素原子核衰变放出正电子与患者体内的电子发生湮灭，探测器记录各处放出”光子的情况，经计算机处理后产生清晰的图像，若一对速率相同的正、负电子正碰后湮灭生成两个γ光子，则下列说法正确的是（）A．两个光子的频率可以不同 B．两个光子的运动方向可能相同 C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子 D．增大正、负电子的速率，生成的光子的波长变短3．物理学中有很多关于“通量”的概念，如磁通量、辐射通量等，其中辐射通量Φ表示单位时间内通过某一截面的辐射能，其单位为J/s，一束平行光垂直照射在面积为S的纸板上。已知在t时间内有n个光子照到单位面积上，光速为c，波长为λ，普朗克常量为h，则该束光的辐射通量为（）A．nhcSλt B．nhcλtS C．nhλctS4．郭守敬望远镜是我国建造的全球最大光谱巡天望远镜，通过观测并获取了氢原子光谱中巴耳末系的谱线信息。已知巴耳末系中的四条谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ的波长依次减小，则这四条谱线所对应的单个光子能量最高的是（）A．Hα B．Hβ C．Hγ D．Hδ5．徐州质子重离子医院是全国第二家同时拥有质子和重离子治疗系统的医院。质子重离子治疗是一种先进的放射治疗技术，其核心原理是高能带电粒子能更精准杀伤肿瘤细胞。质子和重离子（碳离子）均被加速到0.7倍光速时，质子比重离子（）A．能量大 B．动量大 C．物质波波长大 D．电离能力强6．太阳耀斑爆发是一种发生在太阳大气层中的剧烈太阳活动，2024年5月8日，太阳发生两次X射线强耀斑。若太阳辐射到地球表面的效率为η，地球表面探测仪正对太阳的面积为S，探测仪到太阳中心的距离为L，探测仪单位时间内探测到X射线的光子数为n。已知普朗克常量为h，X射线波长为λ，光速为c，太阳均匀地向各个方向辐射X射线，则太阳辐射X射线的总功率为（）A．4πnhcL2ηλ C．πnhcL2ηλ课时精练1．关于电磁波及能量量子化的有关认识，以下说法正确的是（）A．只要有电场和磁场就能产生电磁波 B．爱因斯坦认为电磁场是不连续的 C．红外线具有较高的能量，常常利用其灭菌消毒 D．普朗克把能量子引入物理学，进一步完善了“能量连续变化”的传统观念2．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。一光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为d，且不计空气对光的吸收。普朗克常量为h，真空中光速为c，则眼睛能够看到这个光源的最远距离为（）A．d2Pλ6hc B．d4Pλ6hc3．关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象，下列说法正确的是（）A．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 B．电磁波是一种客观存在的物质 C．普朗克认为微观粒子的能量是连续的 D．奥斯特通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象4．近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管（LED），开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20eV（约3.52×10﹣19J），普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，则发光频率约为（）A．6.38×1014Hz B．5.67×1014Hz C．5.31×1014Hz D．4.67×1014Hz5．热辐射是指物体由于具有温度而向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。如图所示，在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体辐射强度与波长的关系。图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由图可知，同一黑体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度均增大 B．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 C．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较长的方向移动 D．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动6．某种元素的光谱线如图所示，其中红光和蓝光相比，在真空中红光具有较大的（）A．波长 B．速度 C．频率 D．能量子7．一对正负电子相遇后转化为一对光子的过程称为湮灭。已知电子质量为m＝9.1×10﹣31kg，真空中光速c＝3×108m/s，普朗克常量为h＝6.63×10﹣34J•s。则一对静止的正负电子覀灭后产生的每个光子的动量大小为（）A．2.73×10﹣22kg•m/s B．2.73×10﹣21kg•m/s C．1.60×10﹣45kg•m/s D．1.60×10﹣44kg•m/s8．被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为（）测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT1021﹣4520﹣20﹣463210﹣454﹣210﹣45A．4NL2hνR2η B．2N二．多选题（共3小题）（多选）9．普通物体辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，具有一定的分布规律，这种分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。黑体辐射实验规律如图所示，下列说法正确的是（）A．黑体辐射强度按波长的分布只跟黑体温度有关，与黑体材料无关 B．当温度降低时，各种波长的电磁波辐射强度均有所增加 C．当温度升高时，辐射强度峰值向波长较短的方向移动 D．黑体不能够完全吸收照射到它上面的所有电磁波（多选）10．有关如图四幅图的描述，正确的是（）A．图1是黑体辐射的实验规律，图中T1＞T2 B．图2中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变