高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册普朗克黑体辐射理论综合训练题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册普朗克黑体辐射理论综合训练题，共5页。
知识点一：黑体与黑体辐射
（一）黑体与黑体辐射
1．黑体：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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
2．黑体辐射
(1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射．
(2)黑体辐射特点：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．
（二）黑体辐射的实验规律
1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加．
2．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
知识点二：能量子
1900年底，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假说，这个假说中它保留了前人的一部分观点，仍然认为电磁波是由于带电粒子做简谐运动发出。但普朗克提出：带电粒子辐射或吸收能量时是不连续的，只能一份一份地进行，或者说这些能量只能是某个最小能量值的整数倍，例如，可能是可能是ε或2ε、3ε…这个不可再分的最小能量值叫做能量子，这就是能量子假说。（和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍）
1．定义：组成黑体的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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
2．表达式：ε＝hν.其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．h称为普朗克常量．h＝6.626 070 15×10－34 J·s.
3．能量的量子化：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
[典型例题、易错易混点剖析]
易错易混点1对黑体辐射、能量子的理解
易错易混点辨析:1．一般物体与黑体的比较
2．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
温馨提醒： ①热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时热辐射弱，温度高时热辐射强；②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在；③黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。
例题1.关于热辐射，下列叙述中正确的是( )
一切物体都在辐射电磁波
任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化
黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
解析：选D,根据热辐射定义可知A对。根据热辐射和黑体辐射的特点可知，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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错。C对。根据黑体定义知D对。
例题2.下列说法正确的是（ ）
A．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，与材料的种类及表面状况无关
B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物
解析：选A，A．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，与材料的种类及表面状况无关，故A正确；
B．热的物体和冷的物体都会向外辐射电磁波，故B错误；
C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力比较强，但不是最强的，穿透能力最强的电磁波是γ射线，故C错误；
D．微波并没有很强的热效应，微波炉加热食物利用的不是微波的热效应，而是利用微波可以传递能量的特点，故D错误。
故选A。
易错易混点2 能量子的有关问题
易错易混点辨析：(1)对能量子的理解：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍。
（2）能量子假说的意义：解决了“紫外灾难”的问题，破除了“能量连续变化”的传统观念。
（3）观念的变化
普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。
通过观察宏观弹簧振子（动图展示）的运动中能量的变化，得出弹簧振子的能量值是连续的；而普朗克的假设则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。
例题3.以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A.物体的长度 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.学生的个数
解析：选D, “量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。
例题4：近日，由义乌城建携手中国移动建设的浙江省首个5G停车场——江滨绿廊三公园停车场正式投入运营。在过去的10年，义乌市通信行业经历了从2G、3G、4G到5G的飞速发展。5G信号使用的电磁波频率更高，每秒传送的数据量也实现了数量级的增大。相比与4G信号，下列判断正确的是（ ）
A．5G信号的光子能量更大B．5G信号的衍射更明显
C．5G信号的传播速度更大D．5G信号的波长更长
解析：选A，A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据公式可知，5G信号的光子能量比4G光子能量更大，故A正确；BD．发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G信号不容易发生明显衍射，故BD错误；C．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是相同的，在介质中要看折射率，故C错误。故选A。
【针对训练】
一、单选题
1．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是( )
A．黑体是真实存在的
B．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
C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D．黑体辐射无任何实验依据
解析：选B 黑体并不是真实存在的，A错误；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，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误。
2．能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“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”，作出这一大胆假设的科学家是（ ）
A．库仑B．普朗克
C．密立根D．爱因斯坦
解析选B,能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“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”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克。
故选B。
3．以下概念是量子化的是（ ）
A．物体的质量B．物体的动能
C．苹果的个数D．教室的高度
解析：选C, 所谓量子化，指物理量的数值只能够取某一个最小值的整数倍，其数值是分立的、不连续的。苹果的个数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。而物体的质量、物体的动能和教室的高度三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数，因而是连续的，非量子化的。
故选C。
4．2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念B．物体的长度是量子化的
C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的D．能量子与电磁波的频率成反比
解析：选C, A．普朗克首先提出了“能量子”的概念，A错误；
B．物体的长度是连续的，B错误；
C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍，C正确；
D．根据 ，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。
故选C。
5．关于热辐射，下列说法不正确的是（ ）
A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色
D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性
解析：选A，A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波，以不可见的红外线为主，故A错误；
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；
C．给一块铁块加热，随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；
D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确。
本题选错误的，故选A。
6．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．T1T2>T3>T4
B．T1T4，A正确，BC错误；
D．测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。
故选A。
17．关于黑体辐射的实验规律不正确的有
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
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
C．能正确解释黑体辐射实验规律的是普朗克提出的能量量子化理论
D．对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是温度、材料、表面状况
解析：选D, A．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。故A正确；
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；
C．能正确解释黑体辐射实验规律的是普朗克提出的能量量子化理论。故C正确；
D．对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是温度，与材料、表面状况无关。故D错误。
本题选错的，故选D。
18．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （ ）

A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
解析：选D，由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。
故选D。
19．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2
B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大
D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关
解析：选B, ABC．由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；
D．图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。
故选B。
20．“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（ ）
A．普朗克常量h是一个无单位的常量
B．普朗克常量h的单位等效于
C．普朗克常量h的单位等效于
D．普朗克常量h的单位等效于
解析：选C, A．根据，可得，则普朗克常量h的单位为，故A错误；
B．根据牛顿第二定律可知，则故B错误；
CD．根据功的定义可知则故C正确，D错误；
故选C。
二、多选题
21.关于对热辐射的认识，下列说法正确的是( )
A．温度越高，物体辐射的电磁波越强
B．冷的物体只吸收电磁波
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色
解析：选AD 一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。
22.黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( )
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析：选ACD 由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反之，故A、C、D正确，B错误。
23．在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（ ）
A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波
C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量
D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关
解析：选AC，AC．普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫做一个能量子，能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量，故AC正确；
B．黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故B错误；
D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故D错误。
故选AC。
24．关于能量子与黑体辐射，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，能量子与电磁波的波长成正比
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．黑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
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
解析：选BD, A．根据能量与电磁波的频率成正比，A错误；
B．由普朗克能量子假说可知，带电微粒只能辐射或吸收整数个能量子，该能量只能是某一最小能量值的整数倍，B正确；
CD．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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，C错误，D正确。
故选BD。
25．以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（ ）
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
解析：选BC, A．物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，故A错误；
B．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大。当铁块呈现黑色时，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，故B正确；
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故C正确。
D．太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是由于大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，故D错误。
故选BC。
26．关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（ ）
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
解析：选AD, 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。
故选AD。
27．下列说法正确的是（ ）
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．黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：选ACD, A．根据热辐射定义可知，一切物体都在辐射电磁波，A正确；
B．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；
CD．普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，CD正确。
故选ACD。
28．1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（ ）
A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C．能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量
D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
解析：选ABC, 能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故ABC符合题意，D不符合题意。
故选ABC。
29．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要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。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，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相同
B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小
D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
解析：选BD, A．对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；
B．从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；
C．从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；
D．黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。
故选BD。
30．量子力学的创立给人类的科学、技术和社会形态带来了极其深刻的影响。有关量子力学的应用，下列说法正确的是（ ）
A．量子力学推动了核物理和粒子物理的发展
B．量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展
C．量子力学否定了经典力学理论
D．量子力学推动了固体物理的发展
解析：选ABD, 量子力学并没有否定经典力学理论，而是在其基础上发展起来的，推动了核物理和粒子物理的发展，推动了原子、分子物理和光学的发展，推动了固体物理的发展。故C错误，ABD正确。
三、非选择题
31．在高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则
（1）黑体的辐射情况只与黑体的___________有关；
（2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较_________的方向移动（选填“长”或“短”）；
（3）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所__________（选填“增加”或“减少”）；
答案 温度 短 增加
解析（1）[1] 黑体的辐射情况只与黑体的温度有关。
（2）[2] 由图可知，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。
（3）[3]由图可知，随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所增加。
32．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s)
答案 36℃，2.12×10 - 22J
解析 人体表面的温度为 T ==K ≈ 309K≈36℃
人体辐射的能量子的值为 ε = h= 6.63×10 - 34×J = 2.12×10 - 22J
33．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W的氩激光器，能发出波长的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要的能量，求：
（1）每次“点焊”视网膜的时间．
（2）在这段时间内发出的激光光子的数量．
答案 （1） （2）个
解析 (1)已知激光器的功率P=10W，每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J，根据E=Pt得，每次“点焊”视网膜的时间是
(2)设每个光子的能量为E0，则
在这段时间内发出的激光光子的数量
核心素养
学习目标
物理观念
了解黑体辐射以及实验结论，知道能量量子化的内涵
科学思维
对比经典能量观和微观能量子的特点，体会量子化物理模型的建立过程
科学探究
通过观察热辐射的强度波长的关系图培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法
科学态度
与责任
了解能量子概念的提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想，体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识
热辐射特点
吸收、反射特点
一般物体
辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关
既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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
完全吸收各种入射电磁波，不反射