1、第第 5 5 节节能量量子化能量量子化 一、选择题 1.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除与温度有关外,还与材料的种类 及表面状况有关 C.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 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】选 C。黑体能 100%地吸收入射到其表面的电磁波,黑体不一定是黑 色的,故A错误;一般物体的辐射除与温度有关外,还和物体的材料及表面状 态有关,而黑体
2、辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,故 B 错误,C 正确;如果在一个空腔壁上开一个小孔,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,这个小孔就成了一个绝对的黑体, 故 D 错误。故选 C。 2.以下宏观概念中,哪些是“量子化”的 () A.物体的长度B.人的个数 C.物体的动能D.物体所受的重力 【解析】选 B。人的个数是“量子化”的;而物体的长度、物体的动能以及 物体所受的重力,都不是“量子化”的,故 B 正确,A、C、D 错误。 3.白光是由各种成分的单色光复合而成的,在真空中从红光到紫光波长依 次减小。则下列说法中正确的是() A.红光的能量比紫光小 B.
3、红光光子的能量比紫光光子的能量大 C.红光的频率比紫光小 D.温度升高,物体辐射的紫光增强、辐射的红光减弱 【解析】选 C。因为紫光的频率大于红光,根据=h知,红光的光子能量比 紫光的光子能量小,故B错误,C正确;红光光子的能量小于紫光,但是光子个 数不能确定,故红光的能量不一定比紫光小,故 A 错误;温度升高,物体辐射 的紫光增强、辐射的红光也增强,故 D 错误。 4.一个处于基态的氢原子吸收光子后,跃迁到另一定态,下列说法中正确的 是 () A.电子绕原子核运动的动能将会变大 B.氢原子能量将会变小 C.吸收光子属于紫外线,发出的光子可能含有可见光 D.向低能级跃迁时,发出光子的频率一定等
4、于吸收光子的频率 【解析】选 C。基态氢原子吸收光子后,半径变大,由 k=m,得出:Ek=, 即电子的动能减小,故A错误;氢原子吸收光子发生跃迁至另一定态,氢原子 能量变大,故B 错误;紫外线的频率大于可见光的频率,氢原子吸收的光子属 于紫外线,则向低能级跃迁时发出的光子可能含有可见光,故C正确;因基态 与激发态能级差大,由基态跃迁时,可以跃迁到不同的激发态,向基态跃迁 过程中可直接跃迁至基态,发出光子的频率等于吸收光子的频率,如果不是 直接跃迁至基态,则发出光子的频率小于吸收光子的频率,故 D 错误。 二、计算题(要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位) 5.在“焊接”视网膜的
5、眼科手术中,所用激光的波长 6.410 -7 m,每个激光 脉冲的能量 1.510 -2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量 h=6.63 10 -34 Js,光速 c=310 8 m/s,计算结果保留一位有效数字) 【解析】光子的能量为:=h=J=3.110 -19 J 每个脉冲中的光子数目为: n= =510 16 个 答案:510 16 个 6.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 射特征,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() A.T1T2 B.T1T2,故 A 正确,B 错误;由题图可知,
6、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左侧移动,即向波长较短的方向 移动,故C错误;随着温度的升高,各种波长的黑体辐射的强度都有增加,故D 错误。故选 A。 【补偿训练】 普朗克在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,下列关于描绘两种温度 下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体实验规律的是() 【解析】选 D。黑体辐射以电磁波的形式向外辐射能量,温度越高,辐射强度 越大,故 A、C 错误;黑体辐射的波长分布情况随温度变化而改变,温度越高, 辐射的电磁波的波长越短,辐射强度的极大值向波长缩短的方向移动,故 B 错误,D 正确。故选 D。 7.太阳光垂直射到地面上时,地
7、面上 1 m 2 接收的太阳光的功率为 1.4 kW,其 中可见光部分约占 45%。(普朗克常量 h=6.610 -34 Js,计算结果均保留 2 位有效数字) (1)假如认为可见光的波长约为 0.55 m,日、地间距离 R=1.510 11 m,估 算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少? (2)若已知地球的半径为 6.410 6 m,估算地球接收的太阳光的总功率。 【解题指南】通过地球上的辐射解题方法 (1)根据能量守恒求出地面上每平方米的面积上每秒接收的光子数为 n,从 而得出以太阳为球心,以日地间距离 R 为半径的大球面所接收的光子数,确 定出太阳每秒辐射出的可见光光子数; (2)地球背
8、着阳光的半个球面没有接收到太阳光,地球向阳的半个球面面积 也不都与太阳光垂直,接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地 球半径为半径的圆平面的面积,根据 P 地=P r 2 求出地球接收太阳光的总功 率。 【解析】(1)设地面上垂直阳光 1 m 2 面积上每秒接收的可见光光子数为 n, 则有 Pt045%=nh 解得 n=1.7510 21 个。 设想一个以太阳为球心,以地、日为半径的大球包围着太阳,大球面接收的 光子数即等于太阳辐射的全部光子数。 则所求可见光光子数N=n 4R 2=1.75 10 2143.14(1.51011)2=4.91044 个。 (2)地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。地球向阳的半个球面也不都 与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为 半径的圆的面积。则地球接收的太阳光的总功率为 P 地=Pr 2=1.43.14 (6.4 10 6)2 kW=1.810 14 kW。 答案:(1)4.910 44 个(2)1.810 14 kW
