高中物理人教版 (2019)必修 第三册能量量子化课后作业题

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一、热辐射
1.热辐射
（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射① ，这种辐射与② 有关，所以叫作热辐射。
（2）特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的③ 而有所不同。
2.黑体
（1）定义：若某种物体能够④ 入射的各种波长的电磁波而不发生⑤ ，这种物体叫作黑体。
（2）黑体辐射的特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的⑥ 有关。
二、能量子
1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的⑦ ，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位⑧ 地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε。叫作⑨
2.能量子的大小：，其中υ是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h=⑩ 。
3.能量的量子化：微观粒子的能量是⑪ 的，或者说微观粒子的能量是⑫ 的。
三、能级
当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是⑬ 的，这些量子化的能量值叫作⑭ 。
答案：①电磁波 ②物体的温度 ③温度 ④完全吸收 ⑤反射 ⑥温度 ⑦整数倍 ⑧一份一份 ⑨能量子 ⑩6.626 070 15×10-34J·s ⑪量子化 ⑫不连续（分立） ⑬量子化 ⑭能级
【方法突破】
一、热辐射
1. 在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当物体温度较低时(如室温),热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域),不能引起人的视觉;当温度升高时,热辐射中较短波长的成分辐射强度越来越强,可见光所占比例增大,如燃烧的炭会发出醒目的红光。
2.在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如,将钢加热到约800 ℃时,就可观察到明亮的红色光,但在同一温度下,熔化的水晶却不辐射可见光。
3.热辐射不需要高温,任何温度下物体都会发出一定的热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。
【例1】关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．黑体一定是黑色的
B．黑体可以反射电磁波
C．黑体辐射规律表明，电磁波的能量是不连续的
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的形状有关
【答案】C
【详解】AB．黑体指的是在任何温度下都能全部吸收任何波长的电磁波而不发生反射的物体，黑体本身也能向外辐射电磁波，并非在任何温度下都呈黑色，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色，AB错误；
C．黑体辐射规律表明，电磁波的能量是不连续的，C正确；
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的形状无关，只与黑体的温度有关，D错误。故选C。
【针对训练1】如图所示为黑体辐射的规律，由此图象得到下列结论正确的是（ ）
A．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大
B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．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
D．黑体热辐射的强度与波长无关
【答案】C
【详解】A．由图像可知，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都减小，A错误；
B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，B错误；
CD．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，与其他因素无关，C正确，D错误。故选C。
二、能量子和能级
1.能量子的理解:
(1)物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,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。
2.普朗克能量量子化假说的意义:
(1)如图所示,假设与实验结果“令人满意地相符”,图中小圆点表示实验值,曲线是根据普朗克公式作出的。
(2)普朗克的能量子假说,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征,架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。
3.能量量子化:
(1)电子在可能轨道上运动时,虽然是变速运动,但它并不释放能量,原子是稳定的,这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的,具有的能量也是不连续的,这样的能量值,称为能级,量子数n越大,表示能级越高。
(3)原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
4.跃迁:原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定。
【例2】2020年12月我国在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。下列关于能量子的说法中正确的是（ ）
A．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的B．能量子表示微观世界的不连续性观念
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越大D．能量子是类似于质子、中子的微观粒子
【答案】B
【详解】A．能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；
B．能量子表示微观世界的不连续性观念，故B正确；
C．电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；
D．能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误。故选B。
【针对训练2】关于能量量子化，下列说法正确的是（ ）
A．能量子假设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
【答案】B
【详解】A．能量子假设最早是由普朗克提出的，故A错误；
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，故B正确；
C．根据可知，电磁波的波长越长，其能量子越小，故C错误；
D．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，故D错误。故选B。
【对点检测】
1．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（ ）
A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．T1>T2
D．T1