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物理选择性必修三4.1 普朗克黑体辐射理论同步练习（优生加练）
一、选择题
1．下图是在高中物理中出现的几个相似的曲线，下列说法正确的是（　　）
A．甲图为某一单摆的共振曲线，若增大摆长，共振曲线的峰值向右偏移
B．乙图为某一纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻的变化，由图可知该电源的电动势为2V
C．丙图为某气体在和温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化，图中实线对应氧气分子在时的情形
D．丁图为黑体辐射强度与波长的关系图像，其中
2．小物通过视频号“胜哥课程”知道了黑体与黑体辐射。黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是（　　）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动
C．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波
D．不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波
3． 斯特潘定律是热力学中的一个著名定律，其内容为：一个黑体表面单位面积辐射的功率与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比，即，其中常量。假定太阳和地球都可以看成黑体，不考虑大气层反射、吸收等因素，已知太阳表面平均温度约为，地球表面平均温度约为，已知日地距离约为。试估算太阳半径（　　）
A． B． C． D．
4．下列四幅图涉及到不同的物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较长的方向移动
B．图乙：用竹竿举着蜂鸣器快速转动时听到声音频率发生变化，这是多普勒效应
C．图丙：下雪时轻盈的雪花从空中飘落，说明分子在做无规则运动
D．图丁：高压输电线上方架有与大地相连的两条导线，其原理是尖端放电
5．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象．则下列说法正确的是(　　)
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
6．小物通过视频号“胜哥课程”知道了黑体辐射的规律，如图所示，以下判断不正确的是(　　)
A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B．在同一温度下，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
C．温度越高，辐射强度的极大值就越大
D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
7．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，下列说法正确的是（　　）
A．温度越高，黑体辐射的电磁波的波长越大
B．温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关
D．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念
8．关于物理概念和物理规律的理解，下列说法正确的是（　　）
A．两个磁场叠加的区域，磁感线有可能相交
B．若在磁场中穿过某一面积的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零
C．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说
D．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
9．已知温度T1>T2，能正确反映黑体辐射规律的图像是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，由二种单色光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃。分别沿OB、OC在玻璃中传播。则下列说法正确的是（　　）
A．沿OB传播的色光在该玻璃中的折射率较小
B．沿OB传播的色光波长较长
C．沿OB传播的色光光子能量较大
D．沿OB传播的色光更容易发生衍射现象
11．阿秒是一个极短的时间单位，。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲，它相当于一个足够快的“快门”，帮助人们“拍摄”高速运动的电子，从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是：用强激光照射某些气体，由于激光的电场是交变电场，该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时，电子就可能“电离”成为自由电子；电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”；当激光的电场反向后，一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态，同时释放出一个高能光子，其频率为入射强激光频率的整数倍，称为高次谐波光子。在适当的条件下，大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识，判断下列说法正确的是（　　）
A．在1阿秒的时间内，光前进的距离约为0.3mm
B．电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量
C．电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关
D．强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍
12．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子进入瞳孔，人眼就能察觉到光感。现有一个点光源以0.2W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光，则人眼最远在大约多远距离就能看到这个光源（假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的散射和吸收）
A． B． C． D．
13． 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，眼睛就有察觉。功率为的绿灯如果消耗功率的可产生绿光光子，已知普朗克常量，绿光光子的频率为，则发出的绿光光子数约为（　　）
A． B． C． D．
14． 我国已全面进入5G时代，5G信号使用的电磁波频率是4G信号的几十倍，下列说法正确的是（　　）
A．4G信号电磁波比5G信号电磁波的粒子性更明显
B．5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短
C．5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量小
D．在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度大
15．对于波长为λ的可见光，只有在单位时间内超过n个光子射入瞳孔，人眼才能察觉。现有一个光源以一定功率均匀地向各个方向发射这种光，设人眼瞳孔的面积为S，光在真空中速度为c，普朗克常量为h，若要使距离该光源l处的人能观察到这个光源，则该光源的功率至少为（　　）
A． B． C． D．
16．钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳鎘射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（　　）
A．个 B．个 C．个 D．个
17．许多证据证明全球文明源于华夏。证据之一：《史记》中对日晕有“日有晕，谓之日轮”的描述.如图1（a）所示，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射而形成的.图1（b）为太阳光射到六边形冰晶上发生两次折射的光路图，对于图1（b）中出射的单色光a，b，下列说法正确的是（　　）
图1
A．单色光a的折射率比单色光b的折射率大
B．在冰晶中，单色光a的传播速度比单色光b的传播速度大
C．单色光a的频率比单色光b的频率大
D．单色光a的单个光子能量比单色光b的单个光子能量大
18． 我国研制055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为，S波段的频率为，下列说法正确的是（　　）
A．在空气中X波段传播速度大于S波段的
B．在空气中S波段的波长比X波段的更短
C．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小
D．在空气中S波段比X波段更容易发生衍射
19．蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘是利用红色激光来读取和写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图所示为一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则下列说法正确的是（　　）
A．用a光可在光盘上记录更多的数据信息
B．b光在水中传播的速度较a光大
C．使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b光得到的条纹间距宽
D．增大水中复色光的入射角，则a光先发生全反射
20．根据量子理论：光子既有能量也有动量；光子的能量和动量之间的关系是，其中为光速。由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量，也就对物体产生了一定的压强，这就是“光压”。根据动量定理可近似认为：当动量为的光子垂直照到物体表面，若被物体反射，则物体受到的冲量大小为；若被物体吸收，则物体受到的冲量大小为。有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速，探测器上安装面积极大、反光率为的薄膜，并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为，探测器和薄膜的总质量为，薄膜面积为，则关于探测器的加速度大小正确的是（不考虑万有引力等其它的力）
A． B．
C． D．
二、多项选择题
21．下列说法中正确的是（　　）
A．图甲是表示一定质量理想气体不同温度下的等温线，图中
B．图乙是黑体辐射的实验规律，图中
C．图丙是分了运动速率分布曲线，图中
D．图丁是闭合电路中电源输出功率与外电阻的关系，当时，电源效率最大
22．下列说法正确的是（　　）
A．霍尔元件可以把电学量转换为磁学量
B．电磁波波长越长，其能量子的能量越小
C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制
D．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向着频率较低的方向移动
23． 下列说法正确的是（　　）
A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
24．电功率为60W的白炽灯正常发光时，白炽灯消耗的电能有11%产生可见光。已知可见光的平均波长为600nm，普朗克常量。如图所示，白炽灯发出的光通过元件M照射到光屏P上。下列说法正确的是（　　）
A．可见光的平均频率为
B．白炽灯每秒发出的可见光的光子数为个
C．如果M是偏振片，沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度将发生周期性的变化
D．如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，则狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大
三、非选择题
25．天文学家范·艾伦发现在地球大气层之外存在着一个辐射带包裹着地球，这一辐射带被命名为“范·艾伦辐射带”，它是由于地球磁场捕获了大量带电粒子而形成，分为内层和外层，如图1所示。由于地球两极附近区域磁场强，其他区域磁场弱，当宇宙射线进入地磁场后会使带电粒子沿磁感线做螺线运动，遇到强磁场区域被反射回来，在地磁两极间来回“弹跳”，被“捕获”在地磁场中。不过还是有一些宇宙射线粒子可以“溜进”地球大气层，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了绚丽多彩的极光。大气中最主要的成分是氮和氧，波长557.7nm的绿色和630nm附近的红色极光主要由氧原子发出，波长高于640nm的红色极光由氮气分子发出。（计算时普朗克常量取，真空中光速c取）
（1）a.求放出一个波长为630nm的红色光子时，氧原子的能量变化（结果取1位有效数字）；
b.请说明带电粒子和空气分子碰撞产生辐射的过程中能量是如何转化的。
（2）图2所示的是质量为m、电荷量为q的带电粒子在具有轴对称性的非均匀磁场中做螺线运动的示意图，若将粒子沿轴线方向的分速度用表示，与之垂直的平面内的分速度用表示。
a.某时刻带电粒子的，，所在处磁感应强度大小为B，如果将粒子从此刻起在垂直平面内做圆周运动的一个周期时间内，所到达区域的磁场按匀强磁场（方向沿轴线）进行估算，求粒子在垂直平面内做圆周运动的半径r和在一个周期时间内沿轴线前进的距离（螺距）d；
b.实际上带电粒子的半径和螺距都会不断变化，已知带电粒子在从弱磁场区向强磁场区运动的同时，在垂直平面内的速度会变大，在此已知的基础上请用高中物理的知识解释为什么带电粒子在从弱磁场区向强磁场区螺旋前进时，分速度会减小到零，并继而沿反方向前进。
答案
1．B
2．D
3．D
4．B
5．A
6．A
7．D
8．C
9．B
10．C
11．C
12．C
13．C
14．B
15．D
16．A
17．B
18．D
19．C
20．B
21．A,B
22．B,C
23．C,D
24．B,D
25．解：（1）a.氧原子的能量变化大小等于所放出的红色光子的能量，由
解得
b.带电粒子和空气分子碰撞，会通过碰撞将一部分能量传给空气分子，使空气分子从基态跃迁到激发态，空气分子从激发态自发地回到基态的过程中，就会将减少的能量以光子的形式放出，所放出光子的能量等于空气分子激发态与基态间的能极差。
（2）a.带电粒子做匀速圆周运动有
其周期有
在沿轴线方向做匀速直线运动，由
解得
，
b.带电粒子只受到洛伦兹力作用，由于洛伦兹力不做功，因此粒子的总动能不变，由已知粒子从弱磁场区向强磁场区运动时，在与轴线垂直的平面内的速度会变大，即对应的动能变大，则对应的动能就会变小，可以理解为通过洛伦兹力将对应的动能转化为对应的动能。由此可以解释粒子从弱磁场区向强磁场区运动的同时，分速度会减小。
由于上述从功和能的角度证明了分速度会减小，那么可以反推，此过程中粒子一定受到了与相反的洛伦兹力的分力F，当分速度减小到零的时刻，由于磁场和分速度的情况都没有变化，可判断与相反的分力F与前一时刻相同，因此粒子在速度减为零后会反向运动。
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物理选择性必修三4.1 普朗克黑体辐射理论同步练习（优生加练）
一、选择题
1．下图是在高中物理中出现的几个相似的曲线，下列说法正确的是（　　）
A．甲图为某一单摆的共振曲线，若增大摆长，共振曲线的峰值向右偏移
B．乙图为某一纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻的变化，由图可知该电源的电动势为2V
C．丙图为某气体在和温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化，图中实线对应氧气分子在时的情形
D．丁图为黑体辐射强度与波长的关系图像，其中
【答案】B
【知识点】受迫振动和共振；闭合电路的欧姆定律；气体热现象的微观意义；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A．根据单摆周期公式可知增大摆长，则单摆的固有周期增大，固有频率减小，则共振曲线的峰值向左偏移，故A错误；
B．电源输出功率
可知当时，电源输出功率最大，最大输出功率为
代入图中数据可得，故B正确；
C．由图可知实线对应的氧气分子速率大的分子所占的百分比大，可知图中实线对应氧气分子在时的情形，故C错误；
D．因随温度的升高黑体的辐射强度的最大值向波长较短的方向移动，可知黑体辐射强度与波长的关系图像中，T1 > T2，故D错误。
故答案为：B。
【分析】分别对共振、电源功率、分子速率、黑体辐射的规律进行分析，将曲线特征与规律结合，判断各选项的正误，体现不同物理规律在曲线分析中的综合应用。
2．小物通过视频号“胜哥课程”知道了黑体与黑体辐射。黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是（　　）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动
C．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波
D．不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波
【答案】D
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】本题考查的是读图能力，由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系。黑体辐射的强度与波长的关系图象，纵坐标表示辐射强度，横坐标表示波长，直接由图象分析即可得出。A．由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确，不符合题意；
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确，不符合题意；
CD．任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，不符合题意，D错误，符合题意。
故选D。
【分析】由图可知，随温度的降低，相同波长的光辐射强度都会减小；同时最大辐射强度向右侧移动，即向波长较长的方向移动。
3． 斯特潘定律是热力学中的一个著名定律，其内容为：一个黑体表面单位面积辐射的功率与黑体本身的热力学温度T的四次方成正比，即，其中常量。假定太阳和地球都可以看成黑体，不考虑大气层反射、吸收等因素，已知太阳表面平均温度约为，地球表面平均温度约为，已知日地距离约为。试估算太阳半径（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】设太阳半径为R ，太阳单位时间内辐射的总能量为
这些能量分布在以太阳和地球之间的距离a为半径的球面上，设地球半径为r，则单位时间内地球吸收的能量为
由于地球为黑体，则有
联立可得
故答案为：D。
【分析】将太阳视为球体，结合题意确定太阳单位时间辐射的总能量与太阳表面积的关系。再将太阳视为一个“点”，则太阳辐射的能量将形成一个以该“点”为圆心的不断扩大的能量球体，辐射能量分布在能量球体的表面上，则地球相当于附在该能量球体表面上，注意地球只有部分面积吸收能量，地球吸收的能量全部转化为黑体辐射。再结合题意进行解答。
4．下列四幅图涉及到不同的物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．图甲：黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较长的方向移动
B．图乙：用竹竿举着蜂鸣器快速转动时听到声音频率发生变化，这是多普勒效应
C．图丙：下雪时轻盈的雪花从空中飘落，说明分子在做无规则运动
D．图丁：高压输电线上方架有与大地相连的两条导线，其原理是尖端放电
【答案】B
【知识点】多普勒效应；静电的防止与利用；分子动理论的基本内容；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A．图甲表明，随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，故A错误；B．蜂鸣器快速转动至声源的相对位置发生改变，所接受频率发生变化，是多普勒效应，故B正确；
C．雪花是宏观物体，雪花的运动是宏观物体的运动，与分子热运动无关，故C错误；
D．高压输电线上方架有与大地相连的两条导线，用于减小闪电击中的概率，利用静电屏蔽原理，故D错误
【分析】 根据随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分析，根据多根据普勒效应、分子热运动、静电屏蔽原理分析。
5．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象．则下列说法正确的是(　　)
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
【答案】A
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1＞T2．故A正确，B错误；向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，故C错误；随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向波长较短的方向移动，故D错误；故选A．
【分析】由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系，黑体的辐射只与温度有关。
6．小物通过视频号“胜哥课程”知道了黑体辐射的规律，如图所示，以下判断不正确的是(　　)
A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B．在同一温度下，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
C．温度越高，辐射强度的极大值就越大
D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
【答案】A
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】AB、在同一温度下，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A符合题意，B不符合题意；
CD、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，辐射强度最大的电磁波的波长越短，故BC不符合题意．
故答案为：A。
【分析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，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。
7．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，下列说法正确的是（　　）
A．温度越高，黑体辐射的电磁波的波长越大
B．温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关
D．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念
【答案】D
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A、温度越高，黑体辐射各个波段的电磁波均增强，A错误。
B、温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误。
C、黑体辐射强度按波长的分布情况与材料的表面状况有关，C错误。
D、普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念，D正确。
故答案为：D
【分析】黑体辐射的规律是：温度越高，各个波段的电磁波强度均增加，辐射强度的极大值向波长减小的方向移动，且辐射强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
8．关于物理概念和物理规律的理解，下列说法正确的是（　　）
A．两个磁场叠加的区域，磁感线有可能相交
B．若在磁场中穿过某一面积的磁通量为零，则该处的磁感应强度一定为零
C．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说
D．变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场
【答案】C
【知识点】磁现象和磁场、磁感线；电磁场与电磁波的产生；磁通量；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A、两个磁场叠加的区域，磁感线不可能相交，因为在同一点磁场的方向只有一个，故A错误；
B、穿过某一面积的磁通量为零，可能是该处的磁感应强度为零，也可能是线圈平面与磁场方向平行，故B错误：
C、普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说，故C正确；
D、根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，而均匀变化的电场会产生稳定的磁场，不均匀变化的电场才会产生变化的磁场，所以变化的电场不一定产生变化的磁场．同理，变化的磁场也是如此，故D错误。
故答案为：C。
【分析】两个磁场叠加的区域，磁感线不可能相交。根据磁通量的定义分析磁通量为零的可能原因。普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子假说。熟悉掌握麦克斯韦电磁场理论的具体内容。
9．已知温度T1>T2，能正确反映黑体辐射规律的图像是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】黑体辐射的规律为随着温度的升高，辐射强度的曲线整体增强，辐射强度的峰值会向波长较小值移动，所以符合规律的图像为B，ACD错误；正确答案为B
【分析】黑体辐射的规律为温度越高辐射强度越强，且峰值会向波长较小值移动。
10．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，由二种单色光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃。分别沿OB、OC在玻璃中传播。则下列说法正确的是（　　）
A．沿OB传播的色光在该玻璃中的折射率较小
B．沿OB传播的色光波长较长
C．沿OB传播的色光光子能量较大
D．沿OB传播的色光更容易发生衍射现象
【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律；光的衍射；能量子与量子化现象
【解析】【解答】解决本题的关键是运用几何知识、光速公式和折射定律，要用运用数学知识分析几何光学的意识和能力。A．根据，由于OB光偏折程度比OC光大，所以OB光的折射率大，故A错误；
BD．OB光的折射率大，所以OB光的频率大，依据，那么频率越高的，波长越小，越不容易发生明显衍射现象，故BD错误；
C．根据 可知，频率越大，能量越大，故C正确。
故选C。
【分析】根据偏折程度分析折射率的大小，确定光的颜色，再比较光的波长和频率大小；波长越长，衍射现象越明显。
11．阿秒是一个极短的时间单位，。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲，它相当于一个足够快的“快门”，帮助人们“拍摄”高速运动的电子，从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是：用强激光照射某些气体，由于激光的电场是交变电场，该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时，电子就可能“电离”成为自由电子；电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”；当激光的电场反向后，一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态，同时释放出一个高能光子，其频率为入射强激光频率的整数倍，称为高次谐波光子。在适当的条件下，大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识，判断下列说法正确的是（　　）
A．在1阿秒的时间内，光前进的距离约为0.3mm
B．电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量
C．电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关
D．强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍
【答案】C
【知识点】激光的特性及应用；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．在1as时间内，光传播距离为
故A项错误；
B．在发生跃迁时，如果核外电子由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量，如果由高能级向低能级跃迁，需要释放能量（以光子的形式）。结合题意可知，由于激光是往复振荡，电子在激光电场的作用下会回到原子核附近，在回到原子核的过程中，电子被激光电场加速获得很高的能量，当电子回到原子核，电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量，辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。所以电子复合时释放的光子能量不等于电子在激光场中加速时获得的能量，本题为知识给予题，重在理解题意，找到和学过的物理知识的关联，结合题目所给知识解答问题。故B项错误；
C．激光频率单一，相干性非常好；平行度高；激光的强度大，亮度高。由题意可知，电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关，故C项正确；
D．由题意可知，高次谐波光子频率是强激光光子频率的整数倍，由能量子公式
所以因该是高次谐波光子能量是强激光光子能量的整数倍，故D项错误。
故选C。
【分析】光在空气中的速度约为3×108m/s，根据光速与时间的乘积求解光前进的距离；电子复合时释放的光子能量至少等于原子由最高能级跃迁到基态释放的能量。
12．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子进入瞳孔，人眼就能察觉到光感。现有一个点光源以0.2W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光，则人眼最远在大约多远距离就能看到这个光源（假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的散射和吸收）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】能量子与量子化现象
【解析】【解答】光源每秒发出的光子个数
光源释放的光子以球面波的形式传播，则以光源为球心的球面上的光子数相同。人眼所在处的球面面积为
人眼瞳孔面积
依题意需
可求得
故答案为：C。
【分析】根据光子能量方程确定光源每秒发出的光子个数，光源释放的光子以球面波的形式传播，则以光源为球心的球面上的光子数相同。瞳孔面积相当于占球面面积的一小部分，再结合几何关系及题意进行解答。
13． 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，眼睛就有察觉。功率为的绿灯如果消耗功率的可产生绿光光子，已知普朗克常量，绿光光子的频率为，则发出的绿光光子数约为（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】能量子与量子化现象
【解析】【解答】设光子个数为n，则有
解得
故答案为：C。
【分析】根据能量守恒定律可知，绿灯消耗的功率全部转化释放光子的能量，再根据功与功率的关系及光子能量方程结合题意进行解答。
14． 我国已全面进入5G时代，5G信号使用的电磁波频率是4G信号的几十倍，下列说法正确的是（　　）
A．4G信号电磁波比5G信号电磁波的粒子性更明显
B．5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短
C．5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量小
D．在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度大
【答案】B
【知识点】光的波粒二象性；能量子与量子化现象
【解析】【解答】AB.根据
可知，5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短，所以5G信号电磁波比4G信号电磁波的粒子性更明显，B符合题意，A不符合题意；
C.根据光子能量公式
可知，5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量大，C不符合题意；
D.5G信号的频率比4G信号的频率大，所以同种介质中5G信号的折射率大，根据折射率公式
可知，在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度小，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】波长越短，粒子性越明显；波长越长，波动性越明显；根据光子能量公式，判断5G信号和4G信号电磁波的光子能量关系；根据折射率公式，分析两种信号在同一介质中传播速度的大小关系。
15．对于波长为λ的可见光，只有在单位时间内超过n个光子射入瞳孔，人眼才能察觉。现有一个光源以一定功率均匀地向各个方向发射这种光，设人眼瞳孔的面积为S，光在真空中速度为c，普朗克常量为h，若要使距离该光源l处的人能观察到这个光源，则该光源的功率至少为（　　）
A． B． C． D．
【答案】D
【知识点】能量子与量子化现象
【解析】【解答】以光源为球心，l为半径做球面，则单位时间内通过球面单位面积的光子数
人能观察到这个光源，通过人眼瞳孔的光子数
可得
故答案为：D。
【分析】光源向各个方向发射的光子，光子向外辐射形成球状模型，根据光子能量方程及光子频率与波长的关系确定距离为l时单位时间内通过球面单位面积的光子数，再根据人能观察到光源的条件确定通过人眼瞳孔的光子数。
16．钙钛矿是新型太阳能电池的重点研发方向之一，我国科研团队刷新大面积全钙钛矿光伏组件光电转化效率世界纪录。面积为的太阳能电池板总保持与太阳光线垂直，在电池板处太阳光的强度为，假设太阳鎘射波长为的单色光，而且所有辐射到电池板上的光子均被板吸收，已知，，则电池板每秒钟吸收的光子数目约为（　　）
A．个 B．个 C．个 D．个
【答案】A
【知识点】电功率和电功；能量子与量子化现象
【解析】【解答】太阳能电池板接收的功率为
一个光子的能量为
则电池板每秒钟吸收的光子数目
故答案为：A。
【分析】根据题意确定太阳能电池板接收的功率，再根据光子能量方程及频率和光速、波长的关系确定一个光子的能量，继而确定吸收的光子数目。
17．许多证据证明全球文明源于华夏。证据之一：《史记》中对日晕有“日有晕，谓之日轮”的描述.如图1（a）所示，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射而形成的.图1（b）为太阳光射到六边形冰晶上发生两次折射的光路图，对于图1（b）中出射的单色光a，b，下列说法正确的是（　　）
图1
A．单色光a的折射率比单色光b的折射率大
B．在冰晶中，单色光a的传播速度比单色光b的传播速度大
C．单色光a的频率比单色光b的频率大
D．单色光a的单个光子能量比单色光b的单个光子能量大
【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A、根据
单色光a、b入射角相同，b光折射角小，则单色光b的折射率大于单色光a，故A错误；
B、根据
单色光b的折射率大于单色光a，则单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b大，故B正确；
C、频率越高，折射率越大，则单色光b的频率大于单色光a，故C错误；
D、根据
单色光b的频率大于单色光a，则单色光b的单个光子能量大于单色光a，故D错误。
故答案为：B。
【分析】确定光线在入射点位置的折射角大小，再结合折射定律确定两单色光折射率的大小。折射率越大，频率越高，传播速度越小，光子能量越大。
18． 我国研制055新型防空驱逐舰采用“双波段（X波段和S波段）”雷达系统，雷达发射的X波段的频率为，S波段的频率为，下列说法正确的是（　　）
A．在空气中X波段传播速度大于S波段的
B．在空气中S波段的波长比X波段的更短
C．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小
D．在空气中S波段比X波段更容易发生衍射
【答案】D
【知识点】波长、波速与频率的关系；波的衍射现象；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A、无论X波段还是S波段均为电磁波，因此它们在空气中的传播速度相同，故A错误；
BD、根据
可知，在空气中S波段的波长比X波段的更长，而要发生明显的衍射现象，则障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，因此对于同一障碍物，波长越长的波越容易发生衍射现象，由此可知S波段比X波段更容易发生衍射，故B错误，D正确；
C、根据光子能量公式
可知，能量子的能量与其频率成正比，即频率越大，能量子的能量越大，而X波段能量子的频率大于S波段能量子的频率，因此X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故C错误。
故答案为：D。
【分析】电磁波在空气中的传播速度相同。障碍物的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，容易发生明显的衍射现象。对于同一障碍物，波长越长的波越容易发生衍射现象。能量子的能量与其频率成正比，即频率越大，能量子的能量越大。
19．蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据的光盘，而传统DVD光盘是利用红色激光来读取和写入数据。对于光存储产品来说，蓝光光盘比传统DVD光盘的存储容量大很多。如图所示为一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则下列说法正确的是（　　）
A．用a光可在光盘上记录更多的数据信息
B．b光在水中传播的速度较a光大
C．使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b光得到的条纹间距宽
D．增大水中复色光的入射角，则a光先发生全反射
【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律；光的全反射；干涉条纹和光的波长之间的关系；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．由图可知b光的偏折程度大，则b光的折射率大，所以b光为蓝光，用b光可在光盘上记录更多的数据信息，故A错误；
B．b光的折射率大，根据
可知b光在水中传播的速度较a光小，故B错误；
C．a光的折射率小，波长大，根据
可知使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b光得到的条纹间距宽，故C正确；
D．a光的折射率小，根据
可知a光的临界角大，增大水中复色光的入射角，则a光后发生全反射，故D错误。
故答案为：C。
【分析】根据光路的可逆性，根据两束光入射角的大小关系，结合折射定律判断折射率的大小关系。折射率大，波长小，双缝干涉实验得到的条纹间距小，临界角小，容易发生全反射。
20．根据量子理论：光子既有能量也有动量；光子的能量和动量之间的关系是，其中为光速。由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量，也就对物体产生了一定的压强，这就是“光压”。根据动量定理可近似认为：当动量为的光子垂直照到物体表面，若被物体反射，则物体受到的冲量大小为；若被物体吸收，则物体受到的冲量大小为。有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速，探测器上安装面积极大、反光率为的薄膜，并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为，探测器和薄膜的总质量为，薄膜面积为，则关于探测器的加速度大小正确的是（不考虑万有引力等其它的力）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】加速度；功率及其计算；黑体、黑体辐射及其实验规律；能量子与量子化现象
【解析】【解答】因为光子的能量和动量之间的关系是，所以有：
时间t内释放光子的能量：，
根据题意，由动量定理得：
由牛顿第二定律得：F=ma
解得：， 故ACD错误，B正确。
故选择B
【分析】本题属于信息题，通过阅读信息，从信息中提取关键点，然后运用动量定理得，牛顿第二定律可解。
二、多项选择题
21．下列说法中正确的是（　　）
A．图甲是表示一定质量理想气体不同温度下的等温线，图中
B．图乙是黑体辐射的实验规律，图中
C．图丙是分了运动速率分布曲线，图中
D．图丁是闭合电路中电源输出功率与外电阻的关系，当时，电源效率最大
【答案】A,B
【知识点】闭合电路的欧姆定律；气体的等温变化及玻意耳定律；气体热现象的微观意义；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A．根据理想气体状态方程，在图甲中两等温图线上取体积相等的两点比较，可知对应的压强关系为，则有，故A正确；
B．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，则图乙中有，故B正确；
C．温度越高，分子热运动越激烈，速率大的分子所占的比例大，由图丙可知对应曲线速率大的分子所占的比例比对应曲线速率大的分子所占的比例大，所以，故C错误；
D．图丁是闭合电路中电源输出功率与外电阻的关系，当时，电源的输出功率最大；但电源的效率为
可知外电阻越大，电源的效率越高，故D错误。
故答案为：AB。
【分析】结合理想气体状态方程、黑体辐射规律、分子热运动速率分布特点、电源效率公式，分析各图像所反映的物理规律及温度、功率、效率的关系。
22．下列说法正确的是（　　）
A．霍尔元件可以把电学量转换为磁学量
B．电磁波波长越长，其能量子的能量越小
C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制
D．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向着频率较低的方向移动
【答案】B,C
【知识点】电磁波的发射、传播与接收；霍尔元件；黑体、黑体辐射及其实验规律；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．霍尔元件可以把磁学量转换为电学量，故A错误；
B．电磁波波长越长，根据
在真空中电磁波波速不变，则频率越小，其能量子的能量越小，故B正确；
C．根据调制的定义判断，在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫调制，故C正确；
D．根据黑体辐射实验规律可知，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向着频率较高波长变短的方向移动，故D错误。
故选BC。
【分析】电磁波从空气传入水中，频率不变，波速变小，分析波长的变化；根据电磁波谱和红外线的特点分析；根据调制的定义判断。
23． 下列说法正确的是（　　）
A．相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B．具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D．自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
【答案】C,D
【知识点】光的偏振现象；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A、黑体吸收能力最强，同样辐射能力也是最强，在热平衡状态下，黑体吸收和辐射的能量相等，A错误。
B、德布罗意波的波长为
具有相同动能的中子和电子，质量不同，则动量不同，德布罗意波长也不相同，B错误。
C、电磁场是实际存在的物质，电磁波具有能量和动量，C正确。
D、自然光经过玻璃表面反射后是偏振光，可以观察到偏振现象，D正确。
故答案为：CD
【分析】黑体是指只吸收和辐射电磁波而不反射电磁波的物体，德布罗意波的波长为；电磁波是交替传播的电磁场，是切实存在的物体。
24．电功率为60W的白炽灯正常发光时，白炽灯消耗的电能有11%产生可见光。已知可见光的平均波长为600nm，普朗克常量。如图所示，白炽灯发出的光通过元件M照射到光屏P上。下列说法正确的是（　　）
A．可见光的平均频率为
B．白炽灯每秒发出的可见光的光子数为个
C．如果M是偏振片，沿水平轴线旋转M，光屏上光的亮度将发生周期性的变化
D．如果M是宽度可调的狭缝，且光屏上出现了衍射图样，则狭缝变窄时，屏上条纹宽度会增大
【答案】B,D
【知识点】光的衍射；光的偏振现象；能量子与量子化现象
【解析】【解答】A．根据频率的计算公式可得
则可见光的平均频率为5x1014Hz，故A错误；
B．设白炽灯消耗电能转化为光能的效率为，故
解得
所以每秒发出的可见光的光子数为2x1019个，故B正确；
C．由于灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片，光屏上光的亮度不会变化，故C错误；
D．光通过小孔后发生衍射现象，且光屏上出现了衍射图样，根据衍射规律可知，狭缝变窄时，衍射现象变明显，屏上条纹宽度会增大，故D正确。
故选BD。
【分析】根据频率的计算公式求解可见光的平均频率；根据白炽灯产生的光能与光子的总能量相等，求出每秒发出的可见光的光子数；灯泡发出的光是自然光，通过偏振片后是偏振光，沿水平轴线旋转偏振片后光屏上光的亮度不会变化；光通过小孔后发生衍射现象是因为光子经过小孔后到达光屏上各处的概率服从波动规律。
三、非选择题
25．天文学家范·艾伦发现在地球大气层之外存在着一个辐射带包裹着地球，这一辐射带被命名为“范·艾伦辐射带”，它是由于地球磁场捕获了大量带电粒子而形成，分为内层和外层，如图1所示。由于地球两极附近区域磁场强，其他区域磁场弱，当宇宙射线进入地磁场后会使带电粒子沿磁感线做螺线运动，遇到强磁场区域被反射回来，在地磁两极间来回“弹跳”，被“捕获”在地磁场中。不过还是有一些宇宙射线粒子可以“溜进”地球大气层，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了绚丽多彩的极光。大气中最主要的成分是氮和氧，波长557.7nm的绿色和630nm附近的红色极光主要由氧原子发出，波长高于640nm的红色极光由氮气分子发出。（计算时普朗克常量取，真空中光速c取）
（1）a.求放出一个波长为630nm的红色光子时，氧原子的能量变化（结果取1位有效数字）；
b.请说明带电粒子和空气分子碰撞产生辐射的过程中能量是如何转化的。
（2）图2所示的是质量为m、电荷量为q的带电粒子在具有轴对称性的非均匀磁场中做螺线运动的示意图，若将粒子沿轴线方向的分速度用表示，与之垂直的平面内的分速度用表示。
a.某时刻带电粒子的，，所在处磁感应强度大小为B，如果将粒子从此刻起在垂直平面内做圆周运动的一个周期时间内，所到达区域的磁场按匀强磁场（方向沿轴线）进行估算，求粒子在垂直平面内做圆周运动的半径r和在一个周期时间内沿轴线前进的距离（螺距）d；
b.实际上带电粒子的半径和螺距都会不断变化，已知带电粒子在从弱磁场区向强磁场区运动的同时，在垂直平面内的速度会变大，在此已知的基础上请用高中物理的知识解释为什么带电粒子在从弱磁场区向强磁场区螺旋前进时，分速度会减小到零，并继而沿反方向前进。
【答案】解：（1）a.氧原子的能量变化大小等于所放出的红色光子的能量，由
解得
b.带电粒子和空气分子碰撞，会通过碰撞将一部分能量传给空气分子，使空气分子从基态跃迁到激发态，空气分子从激发态自发地回到基态的过程中，就会将减少的能量以光子的形式放出，所放出光子的能量等于空气分子激发态与基态间的能极差。
（2）a.带电粒子做匀速圆周运动有
其周期有
在沿轴线方向做匀速直线运动，由
解得
，
b.带电粒子只受到洛伦兹力作用，由于洛伦兹力不做功，因此粒子的总动能不变，由已知粒子从弱磁场区向强磁场区运动时，在与轴线垂直的平面内的速度会变大，即对应的动能变大，则对应的动能就会变小，可以理解为通过洛伦兹力将对应的动能转化为对应的动能。由此可以解释粒子从弱磁场区向强磁场区运动的同时，分速度会减小。
由于上述从功和能的角度证明了分速度会减小，那么可以反推，此过程中粒子一定受到了与相反的洛伦兹力的分力F，当分速度减小到零的时刻，由于磁场和分速度的情况都没有变化，可判断与相反的分力F与前一时刻相同，因此粒子在速度减为零后会反向运动。
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动；带电粒子在电场与磁场混合场中的运动；能量子与量子化现象
【解析】【分析】（1）根据能量的计算公式分析解答氧原子的能量变化，根据氢原子的能级跃迁原理分析能量的转化；
（2）根据洛伦兹力提供向心力结合周期的计算公式解答，根据能量转化方式分析粒子的运动情况。
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