4-1普朗克黑体辐射理论(人教2019选择性必修第三册-)(原卷版).docx

第四章 原子结构和波粒二象性
第1节 普朗克黑体辐射理论
【核心素养目标】
物理观念
了解黑体和黑体辐射的概念，了解能量子的概念
科学思维
了解黑体辐射的实验规律及黑体辐射电磁波的强度随波长的分布曲线.
科学探究
了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．
科学态度与责任
通过普朗克黑体辐射理论知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。
知识点一　黑体与黑体辐射
【情境导入】
如图，被烧红的铁钉发出红光，即辐射电磁波。

(1)什么是热辐射？
(2)我们周围的物体都在进行热辐射，为什么我们只能观察到部分物体的热辐射？
(3)物体会吸收和反射外界射来的电磁波，有没有只吸收电磁波而不反射电磁波的物体？
【知识梳理】
1．黑体：某种物体能够 入射的各种波长的电磁波而不发生 ，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 电磁波，却可以向外 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．
【重难诠释】
1．对黑体的理解
(1)黑体是一个理想化的物理模型．
(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．
2．一般物体与黑体的比较

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、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

3.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，如图所示．

【典例精析】
例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，与材料的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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体
例2．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波长的关系图像，则下列说法正确的是(　　)

A．T1＜T2
B．在同一温度下，波长越短的电磁波，辐射强度越大
C．随着温度的升高，黑体辐射的强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
知识点二　能量子
【情境导入】
如图是普朗克公式与实验结果的比较，曲线是根据普朗克的公式作出的，小黑点代表实验值，与实验符合之好令人拍案叫绝。

(1)微观粒子的能量是否同宏观物体的能量一样，具有连续性？
(2)普朗克假设的内容是什么？
【知识梳理】
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 倍，这个不可再分的—— 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 ．h＝6.626 070 15×10－34 J·s.
3．能量的量子化：微观粒子的能量是 的，或者说微观粒子的能量是 的．
【重难诠释】
1．普朗克的量子化假设
(1)能量子
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，例如可能是ε或2ε、3ε…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一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
(2)能量子表达式：ε＝hν
ν是带电微粒的振动频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.626 070 15×　　　10－34 J·s.
(3)能量的量子化
在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．
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”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，不必考虑能量量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．
【典例精析】
例3． (多选)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最小能量值，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
例4．(2019·江苏卷)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×　10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
针对训练
一、单选题
1．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反比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
2．关于光子的能量，下列说法中正确的是（　　）
A．光子的能量跟它的频率成反比
B．光子的能量跟它的频率成正比
C．光子的能量跟它的速度成正比
D．光子的能量跟它的速度成反比
3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（　　）
A． B．
C． D．
4．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体。如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体。这是利用了（　　）

A．控制变量法 B．类比法
C．比值法 D．理想化方法
5．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　)
A．2.3×10－18 W B．7.0×10－10 W
C．3.8×10－19 W D．1.2×10－18 W
6． 2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是 （　　）
A．外表面涂成黑色的物体就是黑体
B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波
C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体
D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说
7．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　）

A．T1>T2
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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律
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，这个小孔就成了一个黑体
8．关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．黑体是黑色的
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，与材料的种类及表面状况无关
D．煤烟很接近黑体，如置于阳光下照射，煤烟温度会不断上升
二、多选题
9．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
10．1900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
11．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．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
D．随温度降低，辐射强度的极大值向频率较高的方向移动
12．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
13．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，与材料的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，这个小孔就成了一个黑体
14．如果给一个铁块不断加热，则（　　）
A．铁块依次呈现暗红、赤红、橘红、黄白色等颜色
B．铁块依次呈现暗红、橘红、赤红、黄白色等颜色
C．铁块辐射出的电磁波中长波成分越来越多
D．铁块辐射出的电磁波中短波成分越来越多
15．关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．黑体能够完全透射照射到它上面的光波
B．随着温度降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随温度升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体的辐射强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关