人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：4 1 普朗克黑體輻射理論

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊(cè)PAGEPAGE1第1節(jié)普朗克黑體輻射理論〖學(xué)習(xí)目標(biāo)要求〗1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射和實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。一、黑體與黑體輻射1.黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑體。2.黑體輻射(1)定義：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。(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖所示。(1)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加。(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)?！寂幸慌小?1)只有高溫物體才能輻射電磁波。(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。(√)二、能量子1.定義：組成黑體的振動(dòng)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，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.表達(dá)式：ε＝hν。其中ν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。h稱(chēng)為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s。3.能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是分立的。〖判一判〗(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√)探究1黑體及黑體輻射的理解1.一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類(lèi)及入射波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)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2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值。(2)隨著溫度的升高①各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)?！祭?〗(多選)關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是()A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān)D.如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)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(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體〖答案〗CD〖解析〗有些黑體自身輻射電磁波，看起來(lái)還會(huì)很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體，故選項(xiàng)D正確。〖針對(duì)訓(xùn)練1〗(多選)(2021·辛集市一中高二月考)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說(shuō)法正確的是()A.隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加B.隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)〖答案〗ACD〖解析〗隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。綜上分析A、C、D正確，B錯(cuò)誤。探究2能量子的理解和計(jì)算1.物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過(guò)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(gè)中間狀態(tài)。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，也即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率?！祭?〗氦—氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為633nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為1mW時(shí)，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014〖答案〗B〖解析〗一個(gè)能量子的能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率為1mW時(shí)，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×10－3×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個(gè))＝3.2×1015(個(gè))。〖針對(duì)訓(xùn)練2〗(多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是()A.以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C.吸收的能量可以是連續(xù)的D.輻射和吸收的能量是量子化的〖答案〗ABD〖解析〗帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的。故選項(xiàng)A、B、D正確，C錯(cuò)誤。1.(黑體和黑體輻射的理解)(2021·遼寧朝陽(yáng)市模擬)“測(cè)溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來(lái)的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。為了得出黑體輻射公式，下列哪位科學(xué)家首先把能量子引入物理學(xué)()A.普朗克 B.瑞利C.愛(ài)因斯坦 D.波爾〖答案〗A〖解析〗1900年年底普朗克大膽假設(shè)能量只能是最小能量值的整數(shù)倍，這個(gè)最小能量值叫作能量子，并把能量子引入物理學(xué)。故選項(xiàng)A正確。2.(黑體和黑體輻射的理解)(多選)關(guān)于黑體與黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是()A.一般物體輻射電磁波的情況與溫度無(wú)關(guān)，只與材料的種類(lèi)及表面情況有關(guān)B.黑體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射C.帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D.黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)〖答案〗BCD〖解析〗一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，還與材料的種類(lèi)及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)，A錯(cuò)誤；黑體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，B正確；根據(jù)能量子的概念，帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，C正確；黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，D正確。3.(能量子的理解和計(jì)算)(多選)關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說(shuō)法正確的是()A.認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的B.認(rèn)為能量值是連續(xù)的C.認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D.認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的〖答案〗AD〖解析〗普朗克的理論認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的，故選項(xiàng)A、D正確。4.(能量子的理解和計(jì)算)硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能。若有N個(gè)波長(zhǎng)為λ0的光子打在硅光電池