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第十三章　电磁感应与电磁波初步
第5节　能量量子化
核心要点 点点过
1
目录
即时演练 堂堂清
2
课时作业
3
课程要求 学科素养
知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征 物理观念 能建立能量量子化的物理观念,知道普朗克能量子公式,会简单计算
科学思维 根据黑体辐射的实验规律,分析黑体辐射的强度与波长的关系
科学探究 由黑体辐射实验结论与光的电磁场理论的矛盾,探究能量子的概念建立的科学过程
科学态度 与责任 理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求,也是当今现代社会、现代科学技术发展的动力源泉和根基
核心要点 点点过
要点一　热辐射
1.热辐射
(1)定义:我们周围的一切物体都在辐射______。这种辐射与物体的____有关,所以叫作热辐射。
(2)特点:当温度升高时,热辐射中波长____的电磁波的成分越来越强。
2.黑体
(1)定义:能够____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____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____有关。
电磁波
温度
较短
完全
辐射
温度
(1)热辐射只能产生于高温物体。(　 　)
(2)能完全吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　 　)
(3)黑体是一种客观存在的物质。 (　 　)
(4)物体的温度越高,热辐射的电磁波中波长越长的成分越强。 (　 　)
(5)黑体辐射的电磁波的强度按波长分布的规律只与温度有关。(　 　)
×
√
×
×
√
1.对黑体辐射的理解
(1)黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
(2)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。
(3)黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
(4)热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。
2.一般物体和黑体的热辐射、吸收、反射的特点
项目 热辐射特点 吸收、反射的特点
一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、表面状况有关 既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关
黑体 辐射电磁波的强弱按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波,不反射
【例1】　关于黑体辐射,下列说法正确的是(　 　)
A.黑体吸收了绝大部分电磁波
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关之外,还与材料及表面状况有关
C.黑体辐射中温度升高,辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D.普朗克提出能量子假说完美解释了黑体辐射实验规律
D
【解析】　黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,A错误;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,与材料及表面状况无关,故B错误;黑体辐射中温度升高,辐射强度极大值向波长较短的方向移动,C错误;普朗克提出能量子假说,完美解释了黑体辐射实验规律,D正确。
要点二　能量子和能级
1.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______,这个最小能量值ε叫能量子。
(2)大小:ε=__,其中h=6.63×10-34 J·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的,能量大小为__,h为普朗克常量。这些能量子被叫作____。
整数倍
hν
hν
光子
2.能级
(1)概念:原子的能量是______的,这些量子化的能量值叫作____。
(2)规律:原子从高能态向低能态跃迁时____光子,光子的能量等于前后两个能级____。
量子化
能级
放出
之差
(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (　 　)
(2)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。 (　 　)
(3)处于基态的原子是不稳定的,会自发地向其他能级跃迁,放出光子。(　 　)
(4)不同的原子具有相同的能级,原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。 (　 　)
(5)普朗克能量子假说认为微观粒子的能量是不连续的。 (　 　)
√
√
×
×
√
1.能量子观点与黑体辐射实验的比较
普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假说,普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得很好。
2.对能量量子化的理解
(1)物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为:物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
(3)能量子的能量ε=hν,其中h是普朗克常量,ν是电磁波的频率。
3.能级
(1)通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的。当原子处于能量较高的能量状态时,原子是不稳定的,原子会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子。
(2)原子从能量较高的能级Em跃迁到能量较低的能级En时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量为hν=Em-En,能级差越大,放出光子的频率就越高。
【例2】　(多选)关于对能量子的认识,下列说法正确的是(　 　)
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
【解析】　由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍,A错误,B正确;最小能量值ε=hν,C正确;能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,并不是与现实世界相矛盾,故D错误。
BC
【例3】　(多选)下列说法正确的是 (　 　)
A.原子的能量是连续的,原子的能量从某一能量值变为另一能量值,可以连续变化
B.原子从低能态向高能态跃迁时放出光子
C.原子从高能态向低能态跃迁时放出光子,且光子的能量等于前后两个能级之差
D.由于能级的存在,原子放出的光子的能量是分立的,所以原子的光谱只有一些分立的亮线
CD
【解析】　原子的能量是量子化的,原子从高能态会自发地向低能态跃迁,向外放出光子。光子的能量等于前后两个能级之差,由于能级的分立性,放出的光子的能量也是分立的,所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线,故C、D正确。
即时演练 堂堂清
BD
1.(多选)关于对黑体的认识,下列说法正确的是(　 　)
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体
解析:黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波,并且不会有任何的反射,但黑体不一定是黑色的,故A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料种类及表面状况无关,故C错误,B正确;如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,就相当于吸收了所有电磁波,因此空腔成了一个黑体,故D正确。
D
2.一个原子从某一高能态跃迁到另一低能态的过程中,该原子(　 　)
A.发出一系列频率的光子
B.吸收一系列频率的光子
C.吸收某一频率的光子
D.辐射某一频率的光子
解析:原子从高能态向低能态跃迁,辐射光子,能量减少,原子在两能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足两能级之差,所以题述原子要辐射某一频率的光子,故D正确。
BC
3.(人教版教材P128练习与应用T2改编)(多选)某光源放出波长在500~600 nm范围的各种光子,若已知该光源的发光功率为1 mW,则它每秒钟发射的光子数可能是(真空中的光速c=3×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s) (　 　)
A.2.0×1015个 B.2.8×1015个
C.2.6×1015个 D.1.5×1015个
解析:每秒内该光源发光的能量E光源=Pt=1×10-3 J,而波长为λ的光子的能量为ε=hν=,则每秒钟发射的光子数为n=,代入数值得2.5×1015≤n≤3.0×1015,故B、C正确。
课时作业29
1.(5分)对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的因素是(　 　)
A.温度 B.材料
C.表面状况 D.以上都正确
解析:影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度,故A正确,B、C、D错误。
A
2.(5分)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
B
解析:麦克斯韦预言了电磁波的存在,证实电磁波存在的人是赫兹,A错误;电磁波具有能量,是一种物质,赫兹最早通过实验证明了电磁波的存在,B正确;普朗克首先提出微观粒子的能量是量子化的,不是连续的,C错误;法拉第通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象,D错误。
3.(5分)很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温,关于其原理,下列说法正确的是 (　 　)
A.人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B.仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关
C.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强
D.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较长波长的成分强
C
解析:根据辐射规律可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加,波长较短的成分越来越强,人的体温的高低,直接决定了辐射的红外线的频率和强度,通过监测被测者辐射的红外线的情况,就可知道这个人的体温,故C正确。
B
4.(5分)关于能量量子化,下列说法正确的是 (　 　)
A.能量子假说最早是由爱因斯坦提出来的
B.微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍
C.电磁波的波长越长,其能量子越大
D.能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,因而它一定是错误的观点
解析:能量子假说最早是由普朗克提出的,A错误;微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍,B正确;根据ε=hν=h可知,电磁波的波长越长,其能量子越小,C错误;能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,而它的观点是正确的,D错误。
5.(5分)(多选)下列叙述正确的是 (　 　)
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
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
解析:根据热辐射的定义知A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体的温度有关,B错误,C正确;根据黑体的定义知D正确。
ACD
6.(5分)(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点,下列说法正确的是(　 　)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
解析: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、B、D正确。
ABD
C
7.(5分)关于光子的发射和吸收,下列说法正确的是(　 　)
A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级,放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D.原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差
解析:原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子,吸收光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差,故A、B错误;原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子,从高能级向低能级跃迁要放出光子,故C正确;由能级跃迁条件可知,原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收或放出光子的能量都等于原子在始、末两能级能量差的大小,D错误。
8.(7分)神光“Ⅱ”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 (结果保留两位有效数字)
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
B
9.(5分)近年来军事行动中,士兵都佩戴“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为 (　 　)
A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体
B.一切物体均在不停地辐射红外线
C.只有高温物体才不停地辐射红外线
D.红外线属于可见光
解析:一切物体都在不停地向外辐射红外线,不同物体辐射出来的红外线不同,采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置,不受白天和夜晚的影响,即可确认出目标从而采取有效的行动,故B正确。
C
10.(5分)下列说法正确的是 (　 　)
①普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”,从而建立了“能量量子化”观点
②如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,而不发生反射,这种物体就被称为“黑体”
③我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与温度无关
④爱因斯坦指出:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的
A.①② B.①④
C.①②④ D.①②③
解析:①普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”,从而建立了“能量量子化”观点,该说法正确;②如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,而不发生反射,这种物体就被称为“黑体”,该说法正确;③我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与温度有关,该说法错误;④爱因斯坦指出:光不仅在放出和吸收能量时是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,该说法正确。故选C。
D
11.(5分)正常视力的人眼对波长约为555 nm的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区,如果每秒有10个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。现有一绿灯以20 W的功率均匀地向各方向(球面)发射波长为5.55×10-7 m的绿光,已知瞳孔的直径d=5 mm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,理论上人眼能看到该绿灯时到绿灯的最大距离约为(　 　)
A.2×103 m B.5×104 m
C.5×105 m D.3×106 m
解析:一个光子的能量ε=hν=h,则绿灯每秒发出的光子个数为n=;绿灯发出的光向各个方向传播,在以绿灯为球心的球面上各处的光子数相同,设人眼到绿灯的距离为r,则人眼所在处的球面的表面积为S2=4πr2;人眼瞳孔的横截面积S1=,由题意知,每秒有10个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,有≥10,解得r≤3×106 m,故选D。
BD
12.(5分)(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m、功率为5.0×10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,该激光器发出的 (　 　)
A.是紫外线
B.是红外线
C.光子能量约为1.3×10-18 J
D.光子数约为每秒3.8×1016个
解析:该激光的波长大于可见光的波长,属于红外线,A错误,B正确;光子能量E=h J=1.326×10-19 J,C错误;每秒钟发出的光子数n=≈3.8×1016,D正确。
13.(5分)在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmin。根据热辐射理论,λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin=2.90×10-3 m·K,则老鼠发出的最强的热辐射的波长为 (　 　)
A.7.8×10-5 m B.9.4×10-6 m
C.1.16×10-4 m D.9.7×10-8 m
解析:由Tλmin=2.90×10-3 m·K可得,老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin= m≈9.4×10-6 m,B正确。
B
14.(8分)红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光,每道闪光称为一个脉冲。现有一红宝石激光器,发射功率为P=1.0×106 W,所发射的光脉冲持续时间Δt=1.0×10-11 s,波长为693.4 nm(1 nm=10-9 m)。求:
(1)每个光脉冲的长度;
解析:光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离,根据s=ct可知每个光脉冲的长度s=cΔt=3×108×1.0×10-11 m=3.0×10-3 m。
答案:3.0×10-3 m　
(2)每个光脉冲含有的光子数。(已知h=6.63×1 J·s,结果保留两位有效数字)
解析:根据E=Pt可知每个光脉冲含有的能量为E=1.0×106×1.0×10-11 J=10-5 J
而每个光子的能量ε=hν=h
故每个光脉冲含有的光子数n=≈3.5×1013个。
答案:3.5×1013个
本课结束第5节　能量量子化
课程要求 学科素养
知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征 物理观念 能建立能量量子化的物理观念,知道普朗克能量子公式,会简单计算
科学思维 根据黑体辐射的实验规律,分析黑体辐射的强度与波长的关系
科学探究 由黑体辐射实验结论与光的电磁场理论的矛盾,探究能量子的概念建立的科学过程
科学态度 与责任 理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求,也是当今现代社会、现代科学技术发展的动力源泉和根基
要点一　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
(1)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。
(1)热辐射只能产生于高温物体。(　×　)
(2)能完全吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　√　)
(3)黑体是一种客观存在的物质。 (　×　)
(4)物体的温度越高,热辐射的电磁波中波长越长的成分越强。 (　×　)
(5)黑体辐射的电磁波的强度按波长分布的规律只与温度有关。(　√　)
1.对黑体辐射的理解
(1)黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
(2)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。
(3)黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
(4)热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。
2.一般物体和黑体的热辐射、吸收、反射的特点
项目 热辐射特点 吸收、反射的特点
一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、表面状况有关 既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关
黑体 辐射电磁波的强弱按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波,不反射
【例1】　关于黑体辐射,下列说法正确的是(　D　)
A.黑体吸收了绝大部分电磁波
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关之外,还与材料及表面状况有关
C.黑体辐射中温度升高,辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D.普朗克提出能量子假说完美解释了黑体辐射实验规律
【解析】　黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,A错误;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,与材料及表面状况无关,故B错误;黑体辐射中温度升高,辐射强度极大值向波长较短的方向移动,C错误;普朗克提出能量子假说,完美解释了黑体辐射实验规律,D正确。
要点二　能量子和能级
1.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,这个最小能量值ε叫能量子。
(2)大小:ε=hν,其中h=6.63×10-34 J·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的,能量大小为hν,h为普朗克常量。这些能量子被叫作光子。
2.能级
(1)概念:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。
(2)规律:原子从高能态向低能态跃迁时放出光子,光子的能量等于前后两个能级之差。
(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (　√　)
(2)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。 (　√　)
(3)处于基态的原子是不稳定的,会自发地向其他能级跃迁,放出光子。 (　×　)
(4)不同的原子具有相同的能级,原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。 (　×　)
(5)普朗克能量子假说认为微观粒子的能量是不连续的。 (　√　)
1.能量子观点与黑体辐射实验的比较
普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。借助于能量子的假说,普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,与实验符合得很好。
2.对能量量子化的理解
(1)物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为:物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
(3)能量子的能量ε=hν,其中h是普朗克常量,ν是电磁波的频率。
3.能级
(1)通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的。当原子处于能量较高的能量状态时,原子是不稳定的,原子会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子。
(2)原子从能量较高的能级Em跃迁到能量较低的能级En时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量为hν=Em-En,能级差越大,放出光子的频率就越高。
【例2】　(多选)关于对能量子的认识,下列说法正确的是(　BC　)
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
【解析】　由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍,A错误,B正确;最小能量值ε=hν,C正确;能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,并不是与现实世界相矛盾,故D错误。
【例3】　(多选)下列说法正确的是 (　CD　)
A.原子的能量是连续的,原子的能量从某一能量值变为另一能量值,可以连续变化
B.原子从低能态向高能态跃迁时放出光子
C.原子从高能态向低能态跃迁时放出光子,且光子的能量等于前后两个能级之差
D.由于能级的存在,原子放出的光子的能量是分立的,所以原子的光谱只有一些分立的亮线
【解析】　原子的能量是量子化的,原子从高能态会自发地向低能态跃迁,向外放出光子。光子的能量等于前后两个能级之差,由于能级的分立性,放出的光子的能量也是分立的,所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线,故C、D正确。
1.(多选)关于对黑体的认识,下列说法正确的是(　BD　)
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体
解析:黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波,并且不会有任何的反射,但黑体不一定是黑色的,故A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料种类及表面状况无关,故C错误,B正确;如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,就相当于吸收了所有电磁波,因此空腔成了一个黑体,故D正确。
2.一个原子从某一高能态跃迁到另一低能态的过程中,该原子(　D　)
A.发出一系列频率的光子
B.吸收一系列频率的光子
C.吸收某一频率的光子
D.辐射某一频率的光子
解析:原子从高能态向低能态跃迁,辐射光子,能量减少,原子在两能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足两能级之差,所以题述原子要辐射某一频率的光子,故D正确。
3.(人教版教材P128练习与应用T2改编)(多选)某光源放出波长在500~600 nm范围的各种光子,若已知该光源的发光功率为1 mW,则它每秒钟发射的光子数可能是(真空中的光速c=3×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s) (　BC　)
A.2.0×1015个 B.2.8×1015个
C.2.6×1015个 D.1.5×1015个
解析:每秒内该光源发光的能量E光源=Pt=1×10-3 J,而波长为λ的光子的能量为ε=hν=,则每秒钟发射的光子数为n=,代入数值得2.5×1015≤n≤3.0×1015,故B、C正确。
课时作业29
(总分:75分)
1.(5分)对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的因素是 (　A　)
A.温度 B.材料
C.表面状况 D.以上都正确
解析:影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度,故A正确,B、C、D错误。
2.(5分)关于电磁波、能量量子化、电磁感应现象,下列说法正确的是(　B　)
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
解析:麦克斯韦预言了电磁波的存在,证实电磁波存在的人是赫兹,A错误;电磁波具有能量,是一种物质,赫兹最早通过实验证明了电磁波的存在,B正确;普朗克首先提出微观粒子的能量是量子化的,不是连续的,C错误;法拉第通过实验发现了“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的现象,D错误。
3.(5分)很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温,关于其原理,下列说法正确的是 (　C　)
A.人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B.仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关
C.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强
D.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较长波长的成分强
解析:根据辐射规律可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加,波长较短的成分越来越强,人的体温的高低,直接决定了辐射的红外线的频率和强度,通过监测被测者辐射的红外线的情况,就可知道这个人的体温,故C正确。
4.(5分)关于能量量子化,下列说法正确的是 (　B　)
A.能量子假说最早是由爱因斯坦提出来的
B.微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍
C.电磁波的波长越长,其能量子越大
D.能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,因而它一定是错误的观点
解析:能量子假说最早是由普朗克提出的,A错误;微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍,B正确;根据ε=hν=h可知,电磁波的波长越长,其能量子越小,C错误;能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,而它的观点是正确的,D错误。
5.(5分)(多选)下列叙述正确的是 (　ACD　)
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
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
解析:根据热辐射的定义知A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体的温度有关,B错误,C正确;根据黑体的定义知D正确。
6.(5分)(多选)对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点,下列说法正确的是(　ABD　)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
解析: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、B、D正确。
7.(5分)关于光子的发射和吸收,下列说法正确的是(　C　)
A.原子从基态跃迁到激发态要放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级,放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D.原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收的光子或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差
解析:原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子,吸收光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差,故A、B错误;原子从低能级向高能级跃迁要吸收光子,从高能级向低能级跃迁要放出光子,故C正确;由能级跃迁条件可知,原子无论是吸收光子还是放出光子,吸收或放出光子的能量都等于原子在始、末两能级能量差的大小,D错误。
8.(7分)神光“Ⅱ”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 (结果保留两位有效数字)
答案:4.2×1021个
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。
9.(5分)近年来军事行动中,士兵都佩戴“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为 (　B　)
A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体
B.一切物体均在不停地辐射红外线
C.只有高温物体才不停地辐射红外线
D.红外线属于可见光
解析:一切物体都在不停地向外辐射红外线,不同物体辐射出来的红外线不同,采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置,不受白天和夜晚的影响,即可确认出目标从而采取有效的行动,故B正确。
10.(5分)下列说法正确的是 (　C　)
①普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”,从而建立了“能量量子化”观点
②如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,而不发生反射,这种物体就被称为“黑体”
③我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与温度无关
④爱因斯坦指出:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的
A.①② B.①④
C.①②④ D.①②③
解析:①普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”,从而建立了“能量量子化”观点,该说法正确;②如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,而不发生反射,这种物体就被称为“黑体”,该说法正确;③我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与温度有关,该说法错误;④爱因斯坦指出:光不仅在放出和吸收能量时是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,该说法正确。故选C。
11.(5分)正常视力的人眼对波长约为555 nm的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区,如果每秒有10个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。现有一绿灯以20 W的功率均匀地向各方向(球面)发射波长为5.55×10-7 m的绿光,已知瞳孔的直径d=5 mm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,理论上人眼能看到该绿灯时到绿灯的最大距离约为 (　D　)
A.2×103 m B.5×104 m
C.5×105 m D.3×106 m
解析:一个光子的能量ε=hν=h,则绿灯每秒发出的光子个数为n=;绿灯发出的光向各个方向传播,在以绿灯为球心的球面上各处的光子数相同,设人眼到绿灯的距离为r,则人眼所在处的球面的表面积为S2=4πr2;人眼瞳孔的横截面积S1=,由题意知,每秒有10个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,有≥10,解得r≤3×106 m,故选D。
12.(5分)(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m、功率为5.0×10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,该激光器发出的 (　BD　)
A.是紫外线
B.是红外线
C.光子能量约为1.3×10-18 J
D.光子数约为每秒3.8×1016个
解析:该激光的波长大于可见光的波长,属于红外线,A错误,B正确;光子能量E=h J=1.326×10-19 J,C错误;每秒钟发出的光子数n=≈3.8×1016,D正确。
13.(5分)在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmin。根据热辐射理论,λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin=2.90×10-3 m·K,则老鼠发出的最强的热辐射的波长为 (　B　)
A.7.8×10-5 m B.9.4×10-6 m
C.1.16×10-4 m D.9.7×10-8 m
解析:由Tλmin=2.90×10-3 m·K可得,老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin= m≈9.4×10-6 m,B正确。
14.(8分)红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光,每道闪光称为一个脉冲。现有一红宝石激光器,发射功率为P=1.0×106 W,所发射的光脉冲持续时间Δt=1.0×10-11 s,波长为693.4 nm(1 nm=10-9 m)。求:
(1)每个光脉冲的长度;
(2)每个光脉冲含有的光子数。(已知h=6.63×1 J·s,结果保留两位有效数字)
答案:(1)3.0×10-3 m　(2)3.5×1013个
解析:(1)光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离,根据s=ct可知每个光脉冲的长度s=cΔt=3×108×1.0×10-11 m=3.0×10-3 m。
(2)根据E=Pt可知每个光脉冲含有的能量为E=1.0×106×1.0×10-11 J=10-5 J
而每个光子的能量ε=hν=h
故每个光脉冲含有的光子数n=≈3.5×1013个。

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