普朗克黑體輻射理論高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修3

第1節(jié)

普朗克黑

體輻射理論第四章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄黑體與黑體輻射01黑體輻射的實驗規(guī)律02能量子03學以致用提高練習04思考與討論：量子論使人們認識了微觀世界的運動規(guī)律，并發(fā)展了一系列對原子、分子等微觀粒子進行有效操控和測量的技術。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個鐵原子排成的“原子圍欄”。那么，人們認識量子規(guī)律的第一步是怎樣邁出的？新課導入知識講解課堂小結隨堂練習布置作業(yè)一、黑體與黑體輻射1.黑體如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長（不僅是可見光）的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。[對黑體的理解]：絕對的黑體是一個理想化的物理模型,實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。不透明材料制成的帶小孔的空腔新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)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。[黑體輻射的特征]：研究表明,對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。注意：黑體看上去不是一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被看作黑體來處理新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)黑體輻射實驗研究：加熱黑體爐使其溫度升高，黑體爐就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)二、黑體輻射的實驗規(guī)律1.輻射強度按波長分布與溫度的關系:2.黑體輻射的實驗規(guī)律特點：隨溫度的升高

①溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。

②各種波長的輻射強度都在增加；

③輻射強度的最大值向短波方向移動。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)3.黑體輻射的理論解釋+-+-+-帶電微?！饎印兓碾姶艌鑫矬w中存在帶電微粒直接找規(guī)律有點兒困難，科學家打算結合理論來尋找這個公式。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)（1）維恩、瑞利——金斯的解釋①維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)則與實驗偏離很大。②瑞利公式在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴重不符（短波荒唐）。維恩瑞利在紫外線一端，當波長趨于0時，輻射本領將趨于無窮大。這種情況被人們稱為“紫外災難”。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)（2）普朗克的解釋維恩公式和瑞利——金斯公式，其實就是普朗克公式的特殊情況。普朗克嘗試從電磁學、力學、統計物理學等物理學的基本理論出發(fā)，把這個公式推導出來,它與實驗吻合得非常完美。普朗克的擬合結果普朗克最終在1900年底發(fā)現，如果想推導出這個公式，就必須假定：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的整數倍。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)(3)實驗演示：黑體輻射的理論解釋新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)三、能量子1.普朗克的量子化假設-能量子(超越牛頓的發(fā)現)普朗克認為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍，當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的，例如，可能是ε或2ε、3ε…這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)2.能量子大小表達式：E=nεn=1,2,…能量量子經典ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數，它只取正整數——能量量子化，ν是帶電微粒的振動頻率，也是電磁波的頻率，h：普朗克常量h＝6.62607015×10-34J·s比喻：電磁波就好象是機關槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。普朗克新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)3.能量量子化理解宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。經典量子連續(xù)分立彈簧振子振動能量可以連續(xù)變化（振幅可以取任意值），即振動能量的連續(xù)性。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)4.普朗克量子化理論的意義①破除“能量連續(xù)變化”的傳統思想，是物理新思想的基石之一②開創(chuàng)物理學新紀元，為量子力學的誕生奠定了基礎③標志著人類對自然規(guī)律的認識從宏觀進入微觀領域

普朗克1900年的假設第一次為人們揭開了微觀世界物理規(guī)律面紗的一角。從此，物理學進入了一個新的紀元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學獎。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)視頻演示：普朗克一戰(zhàn)封神新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)人類智商最高的Party現場新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)四、學以致用提高練習1．能量子假設是對經典物理學思想與觀念的一次突破?！罢駝又膸щ娢⒘５哪芰恐荒苁悄骋蛔钚∧芰恐档恼麛当丁保鞒鲞@一大膽假設的科學家是（）A．牛頓 B．普朗克 C．密立根 D．愛因斯坦【答案】B【解析】振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數倍，這一假設是普朗克提出的。故選B。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)2.(多選)(2020·江蘇宿遷模擬)關于黑體和黑體輻射，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度按波長的分布只與黑體的溫度有關D．黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加且輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【答案】BC【解析】普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一，故A錯誤；根據黑體的特點可知，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度按波長的分布只與黑體的溫度有關，溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)3.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()【答案】A【解析】黑體輻射規(guī)律:隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強度都有增加,另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.據此規(guī)律可知A圖正確.隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)4.下列關于能量量子化的說法，正確的是（）A．能量子與電磁波的頻率成反比 B．電磁波波長越長，其能量子越大C．微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的 D．能量子假設是由愛因斯坦最早提出來的【答案】C【解析】A．由?=hν可知，能量子與電磁波的頻率成正比，故A錯誤；B．由

可知，電磁波波長越長，其能量子越小，故B錯誤；C．普朗克提出了量子假說，他認為，物質輻射（或吸收）的能量都是不連續(xù)的，是一份一份進行的，故C正確；D．能量子假設是由普朗克最早提出來的，故D錯誤。故選C。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)5.(多選)(2021·江蘇常州期末)如圖所示為關于黑體輻射的圖像，下列判斷正確的是()A．T1＜T2＜T3＜T3B．T1＞T2＞T3＞T4C．測量某黑體輻射強度最強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度可以得知其溫度【答案】C【解析】因隨著溫度的升高，輻射強度增強，同時輻射強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。測量某黑體輻射強度最強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。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)6.如圖所示，學校廣泛使用了紅外體溫槍測量體溫。已知普朗克常數為h，某紅外線的頻率為ν，下列說法正確的是（）A．體溫越高，人體輻射紅外線的強度越弱B．人體輻射該紅外線的能量可以取任意值C．該紅外線的最小能量值為hνD．紅外體溫槍是利用體溫槍發(fā)射的紅外線來測量體溫的【答案】C【解析】AD．人身體各個部位體溫是有變化的，所以輻射的紅外線強度就會不一樣，溫度越高紅外線強度越高，溫度越低輻射的紅外線強度就越低，所以通過輻射出來的紅外線的強度就能測出個各部位的溫度；故紅外體溫計不是靠體溫計發(fā)射紅外線來測體溫的。故AD錯誤；B．人體輻射該紅外線的能量是不連續(xù)的，是以離散的方式存在的。故B錯誤；C．根據光子能量方程可知，該紅外線的最小能