2022-2023學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1普朗克黑體輻射理論課件新人教版選擇性必修第三冊

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1．普朗克黑體輻射理論課前預(yù)習(xí)反饋課內(nèi)互動探究課堂達(dá)標(biāo)檢測目標(biāo)體系構(gòu)建核心素養(yǎng)提升目標(biāo)體系構(gòu)建【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知道黑體與黑體輻射，知道黑體輻射的實驗規(guī)律及理論解釋。2．了解能量子假說，了解普朗克提出的能量子假說的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究精神。3．了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會能量量子化的提出對人們認(rèn)識物質(zhì)世界的影響。【思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

1．黑體(1)定義：某種物體能夠____________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生________，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。(2)黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。(3)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的________有關(guān)。完全吸收知識點1黑體與黑體輻射反射溫度2．黑體輻射的實驗規(guī)律(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有________；(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長________的方向移動。增加較短1．普朗克的假設(shè)組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__________。即能的輻射或者吸收只能是____________的。這個不可再分的最小能量值ε叫作__________。整數(shù)倍知識點2能量子一份一份能量子2．能量子公式ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為______________。h＝_____________J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·s)3．能量的量子化微觀粒子的能量是_________的，或者說微觀粒子的能量是_______的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。普朗克常量6.626×10－34

量子化分立思考辨析『判一判』(1)黑體一定是黑色的物體。 (

)(2)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。 (

)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。 (

)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。 (

)(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (

)×

×

√

√

√

『選一選』(多選)下列敘述正確的是

(

)A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān)D．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)解析：根據(jù)熱輻射定義知A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯誤、D正確。AD

『想一想』煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理？答案：根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分越少，頻率比紅光大的其他顏色的光，如橙、黃、藍(lán)、綠等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度。課內(nèi)互動探究探究黑體輻射的規(guī)律情景導(dǎo)入黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布如圖所示，當(dāng)溫度從1300K升高到1700K時，各種波長的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么變？輻射強(qiáng)度極大值對應(yīng)的波長如何變化？提示：變強(qiáng)；輻射強(qiáng)度極大值向波長較短的方向移動，即變短。黑體輻射的實驗規(guī)律1．溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值。2．隨著溫度的升高(1)各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；(2)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。要點提煉熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時熱輻射弱，溫度高時熱輻射強(qiáng)。特別提醒

(多選)(2020·江蘇宿遷模擬)關(guān)于黑體和黑體輻射，下列敘述正確的是 (

)A．愛因斯坦通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)D．黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動典例1典例剖析BC

思路點撥：解決此類問題，要熟知黑體和黑體輻射的概念，并充分理解黑體輻射的相關(guān)規(guī)律。解析：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，故A錯誤；根據(jù)黑體的特點可知，黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波，故B正確；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，溫度升高時，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。1．(多選)關(guān)于對熱輻射的認(rèn)識，下列說法正確的是 (

)A．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)B．冷的物體只吸收電磁波C．輻射強(qiáng)度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色對點訓(xùn)練AD

解析：一切物體都在不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，A正確，B錯誤；選項C是黑體輻射的特性，C錯誤；常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色，D正確。探究能量子情景導(dǎo)入某激光器能發(fā)射波長為λ的激光，那么激光能量子的能量可以取任意值嗎？是連續(xù)的還是一份一份的？設(shè)普朗克常量為h，那么每個激光能量子的能量是多少？1．能量子和量子數(shù)：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，E＝nε，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子數(shù)。就是說輻射或吸收能量時以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，即只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。要點提煉2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。3．能量子假說的意義(1)普朗克的能量子假說，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁。

(1)功率為P的光源向四周發(fā)出光子，光速為c，光波的波長為λ，普朗克常量為h，求每秒發(fā)出的光子數(shù)。(2)在離光源d處有一擋板擋光，設(shè)擋板對光是完全吸收的，且擋板正對光源，求光子在單位面積擋板上的光子數(shù)。思路點撥：對輻射功率為P的光源輻射能量時建立球面模型進(jìn)行求解。典例2典例剖析注意，光在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同，當(dāng)已知光在真空中的波長λ時，要用c＝λν求其頻率，其中c是光在真空中的傳播速度；當(dāng)已知光在某介質(zhì)中的波長為λ介時，要用v＝λ介ν求其頻率，其中v是光在介質(zhì)中的傳播速度。因為c＞v，故λ＞λ介，而頻率ν是不變的。常見的問題求解有：2．下列宏觀概念中，是量子化的為 (

)A．物體的質(zhì)量 B．彈簧振子的能量C．汽車的個數(shù) D．衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道解析：所謂“量子化”是指不連續(xù)的情況，而選項A、B、D作為宏觀物體的特性，具有連續(xù)性，汽車個數(shù)不具有連續(xù)性。對點訓(xùn)練C

核心素養(yǎng)提升一般物體與黑體的比較

熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射(1)黑體是一個理想化的物理模型，實際不存在；(2)黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮。特別提醒

(多選)關(guān)于黑體和一般物體，下列說法中正確的是

(

)A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑色的B．一般材料的物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就可以近似為一個黑體案例BCD

解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑色的，A錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，一般材料的物體輻射電磁波的情況跟溫度、材料的種類及表面狀況都有關(guān)，BC正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此這個帶小孔的空腔可以近似為一個黑體，D正確。課堂達(dá)標(biāo)檢測1．(多選)(2021·甘肅張掖臨澤縣第一中學(xué)高二期中)根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，以下判斷正確的是 (

)A．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B．在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間C．溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長越短BCD

解析：在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間，故A錯誤，B正確；黑體輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，則輻射強(qiáng)度的極大值也就越大，故C正確；隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故D正確。2．(多選)(2021·江蘇常州期末)如圖所示為關(guān)于黑體輻射的圖像，下列判斷正確的是(

)A．T1＜T2＜T3＜T3B．T1＞T2＞T3＞T4C．測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度D．測量某黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度BC

解析：因隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，同時輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，所以T1＞T2＞T3＞T4，故A錯誤，B正確。測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度，而不同溫度的黑體可以輻射出相同波長的電磁波，故C正確，D錯誤。3．(多選)(2020·上海高三二模)1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說。下列說法中屬于能量子假說內(nèi)容的是

(

)A．物質(zhì)發(fā)射(或吸收