人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：第1節(jié) 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第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第1節(jié)普朗克黑體輻射理論核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維1.知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念。2.掌握黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。3.知道普朗克提出的能量子理論。體會(huì)感受科學(xué)家在面對(duì)科學(xué)疑難時(shí)的創(chuàng)新精神。知識(shí)點(diǎn)一黑體與黑體輻射〖觀圖助學(xué)〗任何物體都能輻射電磁波，輻射與溫度有關(guān)，這在電磁波譜的知識(shí)中我們已經(jīng)知道了。你知道輻射和顏色的關(guān)系嗎？將鐵塊投在火爐中，鐵塊的顏色會(huì)隨著溫度的升高發(fā)生變化，都有哪些變化呢？〖答案〗隨著溫度的升高，鐵塊的顏色依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色1.熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)。2.黑體：指能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。3.一般材料物體的輻射規(guī)律：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)。4.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。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(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)?！妓伎寂袛唷?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。(√)知識(shí)點(diǎn)二能量子1.定義：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。例如，可能是ε或2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h是一個(gè)常數(shù)，稱為普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s，通常取h＝6.63×10－34J·s。3.能量的量子化在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化?！妓伎寂袛唷?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。(√)“輻射”是指物體本身向外放出電磁波。除光源外，我們看到的物體的顏色均是反射光的顏色。黑體是一種理想模型，絕對(duì)的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似代替。輻射強(qiáng)度是物體單位時(shí)間單位面積上輻射的電磁波的能量。維恩和瑞利的理論分別符合黑體輻射的短波和長(zhǎng)波部分，說(shuō)明兩種理論有一定的正確性，但又各有局限，都不能完美解釋黑體輻射現(xiàn)象。普朗克為了得出與實(shí)驗(yàn)相符的黑體輻射公式，做了多種嘗試后才提出了能量子假設(shè)，然后根據(jù)能量子假設(shè)提出了與實(shí)驗(yàn)相吻合的黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式。普朗克大膽地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，揭示了微觀粒子的能量是分立的，成為物理學(xué)新思想的奠基者之一。量子化的核心思想是“不連續(xù)性變化”。核心要點(diǎn)對(duì)黑體及黑體輻射的理解〖觀察探究〗如圖所示是黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖線。請(qǐng)思考：(1)通過(guò)分析圖像你會(huì)看出輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)怎樣變化？(2)量子說(shuō)能很好地解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律嗎？〖答案〗(1)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。(2)能。〖探究歸納〗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(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)?！荚囶}案例〗〖例1〗(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.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波〖解析〗根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確。〖答案〗ACD〖針對(duì)訓(xùn)練1〗下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()〖解析〗由黑體實(shí)驗(yàn)規(guī)律知溫度越高，輻射越強(qiáng)，且最大強(qiáng)度向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，A正確，B、C、D錯(cuò)誤?！即鸢浮紸核心要點(diǎn)能量子的理解和計(jì)算〖要點(diǎn)歸納〗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是電磁波的頻率?！荚囶}案例〗〖例2〗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〖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)出的光子數(shù)為：n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×103×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個(gè))＝3.2×1015(個(gè))?！即鸢浮紹溫馨〖提*示〗能量子與功率、波長(zhǎng)、波速和頻率關(guān)系綜合出題是本節(jié)一種重要題型，要熟練掌握E＝Pt＝nε，ε＝hν，c＝λν等關(guān)系，這是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵?！坚槍?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〖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?！即鸢浮紸BD1.(對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解)能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論B.普朗克提出的能量量子化理論C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋D.牛頓提出的能量微粒說(shuō)〖解析〗根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋，故選項(xiàng)B正確。〖答案〗B2.(對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解)(多選)在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。如圖所示就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，則下列說(shuō)法正確的是()A.T1>T2B.T1<T2C.隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)黑體輻射的強(qiáng)度都有所降低D.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)〖解析〗黑體是指在任何溫度下，能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不反射的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，黑體輻射中各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。從題圖中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，選項(xiàng)A、D正確?！即鸢浮紸D3.(能量子的理解及ε＝hν的應(yīng)用)(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〖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?！即鸢浮紸D4.(能量量子化的理解)硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能