新教材2025版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學(xué)生用書新人教版選擇性必修第三冊_第1頁
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文檔簡介

1.普朗克黑體輻射理論素養(yǎng)目標(biāo)1.了解黑體及黑體輻射的概念.(物理觀念)2.了解黑體輻射的試驗規(guī)律.(物理觀念)3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容.(物理觀念)4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量改變特點.(物理觀念)自主落實·必備學(xué)問全過關(guān)一、黑體與黑體輻射1.黑體志向化模型某種物體能夠________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生________,這種物體就是肯定黑體,簡稱黑體.2.黑體輻射(1)定義:黑體雖然不反射電磁波,卻可以向外________電磁波,這樣的輻射叫作黑體輻射.(2)黑體輻射特點:黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度與其他因素都無關(guān)有關(guān).3.黑體輻射的試驗規(guī)律(1)隨著溫度的上升,各種波長的輻射強度都有________.(2)隨著溫度的上升,輻射強度的極大值向著波長________的方向移動.4.維恩和瑞利的理論說明(1)建立理論的基礎(chǔ):依據(jù)________和________的學(xué)問尋求黑體輻射的理論說明.(2)維恩公式:在________與試驗特別接近,在________則與試驗偏離較大.(3)瑞利公式:在________與試驗基本一樣,但在________與試驗嚴(yán)峻不符.二、能量子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________.這個不行再分的最小能量值ε叫作________.2.能量子的表達(dá)式ε=hν,其中ν是帶電微粒的振動頻率,h稱為________.h=________J·s(一般取h=6.63×10-34J·s).3.能量的量子化宏觀粒子的能量可以連續(xù)改變微觀粒子的能量是________的,或者說微觀粒子的能量是________的.走進(jìn)生活在新冠肺炎疫情防控期間,很多場所用體溫槍測量人的體溫,體溫槍可以不接觸人測得人的體溫,你知道其中的原理嗎?合作探究·實力素養(yǎng)全提升探究一黑體與黑體輻射情境探究很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫,只要被測者從儀器前走過,便可獲知他的體溫.你知道其中的道理嗎?核心歸納對黑體和黑體輻射的理解(1)對黑體的理解:肯定的黑體事實上是不存在的,但可以用某裝置近似地代替.如圖所示,假如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(nèi)表面會發(fā)生多次反射和汲取,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肯定黑體.(2)對黑體輻射的理解:一般物體都具有不斷輻射、汲取、反射電磁波的本事.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)一般物體與黑體的比較項目熱輻射特點汲取、反射特點一般物體輻射電磁波的狀況與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況有關(guān)既汲取又反射,其實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度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全汲取各種入射電磁波,不反射(4)現(xiàn)實生活中不存在志向的黑體,實際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能汲取和反射紅外線(電磁波),肯定黑體不存在,是志向化的模型.應(yīng)用體驗例1關(guān)于黑體,下列說法中正確的是()A.黑體只汲取電磁波,不反射電磁波,看上去是黑色的B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(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.假如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)多次反射和汲取,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針對訓(xùn)練1.[2024·江蘇蘇州高校附屬中學(xué)高二下期中]在試驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔,可將其近似看成一個黑體,由它的熱輻射特性就可以確定爐內(nèi)的溫度,如圖所示,就是黑體的輻射強度與其輻射電磁波的波長的關(guān)系圖像,則下列說法正確的是()A.T1<T2B.在同一溫度下,波長越短的電磁波輻射強度越大C.隨著溫度的上升,黑體的輻射強度都有所降低D.隨著溫度的上升,輻射強度的極大值向波長較短方向移動探究二能量子核心歸納1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子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.例如,可能是ε或2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或汲取能量時,也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取的.這個不行再分的最小能量值ε叫作能量子.(2)能量子公式ε=hνν是帶電微粒的振動頻率,h是一個常量,后人稱之為普朗克常量,其值為h=6.626×10-34J·s.(3)能量的量子化在微觀世界中能量不能連續(xù)改變,只能取分立值,這種現(xiàn)象叫作能量的量子化.2.在宏觀尺度內(nèi)探討物體的運動時我們可以認(rèn)為:物體的運動是連續(xù)的,能量改變是連續(xù)的,不必考慮量子化;在探討微觀粒子時必需考慮能量量子化.3.普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的合理說明在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上,普朗克得出了黑體輻射的強度依據(jù)波長分布的公式,依據(jù)公式得出的理論結(jié)果與試驗結(jié)果吻合得特別完備.如圖所示,曲線是依據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強度依據(jù)波長分布的函數(shù)圖像,小圓圈代表黑體輻射的試驗值.從圖像看出,兩者符合性特別好.4.普朗克的能量量子化假說的意義(1)普朗克的能量子假設(shè),使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的相識,對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響,成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點.(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.應(yīng)用體驗例2一盞電燈發(fā)光功率為100W,假設(shè)它發(fā)出的光向四周勻稱輻射,光的平均波長λ=6.0×10-7m,在距電燈10m遠(yuǎn)處,以電燈為球心的球面上,1m2的面積每秒通過的光子數(shù)約為()A.2×1017個B.2×1016個C.2×1015個D.2×1023個針對訓(xùn)練2.2024年12月我國科學(xué)家在量子計算領(lǐng)域取得了重大成果,構(gòu)建了一臺76個光子、100個模式的量子計算機“九章”(如圖所示),它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍.關(guān)于量子,下列說法正確的是()A.是計算機運算的一種程序B.表示運算速度的一個單位C.表示微觀世界的不連續(xù)性觀念D.類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子3.據(jù)《自然》雜志2024年5月17日報道,中國科學(xué)家在稻城“拉索”基地(如圖所示)探測到迄今為止最高能量的γ射線,其能量值ε=1.40×1015eV.已知普朗克常量h=6.626×10-34J·s,真空中光速c=3×108m/s,則γ射線的波長多長?學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1.下列說法正確的是()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.能量子假說是由愛因斯坦最早提出來的2.(多選)關(guān)于黑體與黑體輻射,下列說法正確的是()A.一般材料物體輻射電磁波的狀況與溫度無關(guān),只與材料的種類及表面狀況有關(guān)B.黑體能完全汲取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射C.帶電微粒輻射和汲取的能量,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上升,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短的方向移動3.關(guān)于黑體輻射強度與波長的關(guān)系,圖中正確的是()4.我國高鐵技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信技術(shù),目前處于世界領(lǐng)先水平.與4G相比,5G具有“更高網(wǎng)速、低延時、低功率海量連接、通信運用的電磁波頻率更高”等特點.與4G相比,5G運用的電磁波()A.波長更長B.能量子的能量更小C.能量子的能量更大D.傳播速度更快5.2017年,我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100nm(1nm=10-9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外自由電子激光脈沖.“大連光源”因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用.一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子,但又不會把分子打碎.據(jù)此推斷,能夠電離一個分子的能量約為(普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空中光速c=3×108m/s)()A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J1.普朗克黑體輻射理論自主落實·必備學(xué)問全過關(guān)一、1.完全汲取反射2.(1)輻射3.(1)增加(2)較短4.(1)熱學(xué)電磁學(xué)(2)短波區(qū)長波區(qū)(3)長波區(qū)短波區(qū)二、1.整數(shù)倍能量子2.普朗克常量6.626×10-343.量子化分立走進(jìn)生活提示:人的體溫越高,人體輻射的紅外線的強度越強,體溫槍通過接收到的被測者輻射的紅外線的強度,反映人的體溫.合作探究·實力素養(yǎng)全提升探究一情境探究提示:依據(jù)熱輻射規(guī)律可知,人的體溫的凹凸,干脆確定了人輻射的紅外線的頻率和強度.因此通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的狀況就知道這個人的體溫.應(yīng)用體驗[例1]解析:A錯:黑體自身輻射電磁波,不肯定是黑色的.B錯,C對: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(guān).D錯:小孔只汲取電磁波,不反射電磁波,因此這個小孔可以近似為一個黑體,而不是空腔.答案:C針對訓(xùn)練1.解析:不同溫度的物體向外輻射的電磁波的波長范圍是不同的,溫度越高輻射強度最大值對應(yīng)的波長越短,所以T1>T2,故A錯誤;由圖像可知,同一溫度下,輻射強度最大的電磁波波長不是最大的,也不是最小的,而是處在最大與最小波長之間,故B錯誤;由圖像可知,黑體的輻射強度隨著溫度的上升而增大,故C錯誤;隨著溫度的上升,不同波長的光輻射強度都會增大,同時最大輻射強度向波長較短的方向移動,故D正確.答案:D探究二應(yīng)用體驗[例2]解析:光是電磁波,輻射能量也是一份一份地進(jìn)行的,功率為100W的電燈每秒產(chǎn)生的光能E=100J,設(shè)電燈每秒放射的能量子數(shù)為n,則E=nhν=nhcλ,在以電燈為球心的半徑為10m的球面上,1m2的面積每秒通過的能量子數(shù)為n′=Eλ4答案:A針對訓(xùn)練2.解析:A錯:量子不是計算機的程序,量子是不行分割的最小的單元.B錯:量子最早由普朗克提出,假設(shè)物體放射出電磁輻射能量是一份一份的,每一份被稱作能量子,電磁輻射能量是其整數(shù)倍,所以量子是表示能量的單元,而非運算速度的單位.C對:量子是不行分割的最小的單元,表示微觀世界的不連續(xù)性,即通常所說的“量子化”.D錯:量子不是實物粒子,不是像質(zhì)子、中子那樣的微觀粒子.答案:C3.解析:γ射線的頻率為ν=εh=1.40×1015×1.6×10-196.626答案:8.88×10-22m學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1.解析:由ε=hν=hcλ可知,能量子與電磁波的頻率成正比,與電磁波的波長成反比,電磁波波長越長,其能量子越小,答案:C2.解析:一般材料物體輻射電磁波的狀況不僅與溫度有關(guān),還與材料的種類及表面狀況有關(guān),但黑體輻射電磁波的狀況只與溫度有關(guān),故A說法錯誤.黑體能完全汲取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,故B說法正確.依據(jù)量子化的理論,帶電微粒輻射和汲取的能量,只能是某一最小能量值的整數(shù)倍,故C說法正確.依據(jù)量子化的

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