人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案3：4 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)PAGE1-4.1普朗克黑體輻射理論〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1．了解黑體、熱輻射和黑體輻射的概念，了解黑體輻射的規(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)。3．了解能量子概念的提出過程，體會(huì)物理學(xué)發(fā)展的艱辛。〖自主學(xué)習(xí)〗一、黑體與黑體輻射1．熱輻射(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射，這種輻射與有關(guān)，所以叫熱輻射。(2)特性：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的而有所不同。2．黑體(1)定義：某種物體能夠入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的有關(guān)。二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．如圖所示，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加。2．輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)的方向移動(dòng)。三、能量子1．定義：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能是輻射或吸收某個(gè)最小能量值的，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。2．大?。害牛絟ν，其中ν是電磁波的，h是，數(shù)值h＝6.626×10－34J·s。(一般h取6.63×10－34J·s)判一判(1)黑體就是黑色的物體。()(2)黑體是一種理想模型，生活中并不存在。但有些情況物體可近似看成黑體。()(3)普朗克的能量子假說，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。()想一想(1)熱輻射在高溫下才能發(fā)生嗎？(2)投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會(huì)兒又是什么顏色？(3)一般物體的熱輻射與黑體輻射有什么區(qū)別？探究一：對(duì)黑體和黑體輻射的理解1．對(duì)黑體的理解(1)絕對(duì)的黑體實(shí)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(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。(2)黑體看上去不一定是黑的，有些可看成黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)還會(huì)很明亮。2.對(duì)黑體輻射的理解：任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領(lǐng)．輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，也就是具有一定的譜分布．這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱為熱輻射．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(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3．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律在一定溫度下，黑體輻射的各種波長(zhǎng)的電磁波強(qiáng)度是一定的，且各種波長(zhǎng)的電磁波強(qiáng)度不同，有一種波長(zhǎng)的電磁波強(qiáng)度最大；隨著溫度的升高，黑體輻射的各種波長(zhǎng)的電磁波的強(qiáng)度增加，并且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。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)的電磁波針對(duì)練習(xí)1(多選)如圖所示為T1、T2溫度時(shí)黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，則下列選項(xiàng)正確的是()A．T1>T2B．T1<T2C．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都減小D．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向較短波長(zhǎng)方向移動(dòng)探究二：能量量子化1．能量子黑體的空腔壁是由大量振子(振動(dòng)著的帶電微粒)組成的，其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)振子輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地進(jìn)行。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h是普朗克常量(h＝6.626×10－34J·s)。2．能量的量子化在微觀世界里，能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫做能量的量子化。3．能量量子化的理解(1)物體在發(fā)射或吸收能量的時(shí)候，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(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。例2太陽(yáng)光垂直射到地面上時(shí)，地面上1m2接收的太陽(yáng)光的功率為1.4kW，其中可見光部分約占45%。假如認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)約為0.55μm，日地間距離R＝1.5×1011m。普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算：(1)地面上1m2面積上每秒接收到的可見光光子數(shù)？(2)太陽(yáng)每秒輻射出的可見光光子數(shù)為多少？eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的光的能量子數(shù)為()A.eq\f(λP,hc)B.eq\f(hP,λc)C.eq\f(cλP,h)D．λPhc課堂練習(xí)1．黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布的影響因素是()A．溫度 B．材料C．表面狀況 D．以上都正確2．以下宏觀概念，是“量子化”的是()A．木棒的長(zhǎng)度 B．物體的質(zhì)量C．物體的動(dòng)量 D．學(xué)生的個(gè)數(shù)3．(多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知()A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加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)較短的方向移動(dòng)4．(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的5．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過營(yíng)養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的．假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為λmax.根據(jù)熱輻射理論，λmax與輻射源的絕對(duì)溫度T的關(guān)系近似為Tλmax＝2.90×10－3m·K.(1)老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為()A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m(2)老鼠發(fā)出的最強(qiáng)熱輻射屬于()A．可見光波段 B．紫外波段C．紅外波段 D．X射線波段

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗一、1．(1)電磁波、物體溫度(2)溫度2．(1)完全吸收、反射(2)溫度二、2．較短三、1．整數(shù)倍2．頻率、普朗克常量判一判〖提*示〗：(1)×(2)√(3)√想一想〖提*示〗：(1)任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同。(2)投在爐中的鐵塊一開始是黑色，過一會(huì)兒隨著溫度的升高，鐵塊逐漸變?yōu)榧t色，這是因?yàn)橥晃矬w熱輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)。(3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(黑體輻射：只與黑體的溫度有關(guān),一般物體輻射\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(溫度,材料種類,表面狀況)))?都有關(guān)))例1ACD〖解析〗根據(jù)熱輻射的定義，A正確；因?yàn)橐话阄矬w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)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，故B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確．針對(duì)練習(xí)1AD〖解析〗溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，A正確，B、C錯(cuò)誤；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向較短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，D正確。例2(1)1.75×1021個(gè)(2)4.9×1044個(gè)〖解析〗(1)設(shè)地面上垂直于陽(yáng)光的1m2面積上每秒鐘接收的可見光光子數(shù)為n，則有P×45%＝n·heq\f(c,λ)。解得n＝eq\f(0.45λP,hc)＝eq\f(0.45×0.55×10－6×1.4×103,6.6×10－34×3×108)個(gè)＝1.75×1021個(gè)。(2)設(shè)想一個(gè)以太陽(yáng)為球心，以日地間距離為半徑的大球面包圍著太陽(yáng)。大球面接收的光子數(shù)即等于太陽(yáng)輻射的全部光子數(shù)。則所求可見光光子數(shù)N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2個(gè)≈4.9×1044個(gè)。針對(duì)練習(xí)2A〖解析〗光的能量子計(jì)算公式為ε＝heq\f(c,λ)，設(shè)每秒(t＝1s)激光器發(fā)出的光能量子數(shù)為n，則Pt＝nε，解得n＝eq\f(λP,hc)，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。1．A〖解析〗根據(jù)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布的決定因素知