第四章第1节普朗克黑体辐射理论（原卷版）.docx

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1、选择性必修三学案第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论一、新课标要求1 .了解黑体及黑体辐射的概念。2 .了解黑体辐射的实验规律。3 .知道能量子概念，能说出普朗克提出的能量子假说内容。4 .了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点二、科学素养要求1 .物理观念：知道黑体辐射、能量子，能解释相关现象。2 .科学思维：掌握黑体辐射的规律并能解释相关现象，提高分析问题、解决问题的能力。3,科学探究：通过对黑体辐射规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究 意识，提高实验能力。4 .科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神、实事求是的科学态度，培养探究科学 的兴趣。三、教材研

2、习要点一、黑体的辐射规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。随着温度的升高，一方面， 各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 要点二、能量子组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数值。例如，可能 是或2、3把这个不可再分的最小能量值叫作能量子。四、自主思考有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据 什么道理？所有粒子的能量值不是任意的，其大小与带电微粒的振动频率成正比，这种说法对吗？五、名师点睛1 .黑体辐射的维恩和瑞利理论解释(1)建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理

3、论解释。(2)维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大。(3)瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由瑞利公式得出 的荒谬结果被称为“紫外灾难工2 .能量子的理解(1)能量子公式： 二八V,其中v是电磁波的频率，h称为普朗克常量=6.626 x 10-34J - s。(2)能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。六、互动探究探究点一、黑体及黑体的辐射规律【情境探究】1 .黑体辐射的强度按波长分布如下图所示。(1)当温度从1100K升高到1700K时，各种波长的辐射强度怎么变化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？(2)你认为现

4、实生活中存在理想的黑体吗？【探究归纳】L黑体的理解（1）黑体是一个理想化的物理模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似 地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面 会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。（2）黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。2 .一般物体与黑体的比较项目热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入

5、射的电磁波，不反射3 .黑体辐射的实验规律（1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。（2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方 向移动。（3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释：在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式 得出的理论结果与实验结果完全相符。如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度 按照波长分布的函数图像，小圆圈代表黑体辐射的实验值。从图像看出，两者吻合的非常完 美。*朗克公式与宴验结果的比较【典例1】关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（）A.黑体是真实存在的B.普朗克引入能量子的

6、概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好, 并由此开创了物理学的新纪元C.随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D.黑体辐射无任何实验依据解题感悟黑体的理解要点（1）黑体完全吸收电磁波而不反射电磁波，同时其本身也辐射电磁波。（2）黑体并不一定是黑的。（3）黑体辐射的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与其他因素无关。【迁移应用】1 .黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是（幼射强度A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低，辐射强度的极大

7、值向波长较长的方向移动 2 ,下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是（A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的强度与温度无关C.随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波3 .（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（）A.温度越高，物体辐射的电磁波越强B.冷的物体只吸收电磁波C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D.常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色4 .（多选）2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐 射的黑体形式及其温度在不同方向上

8、的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入 精密科学时代的起点，下列与宇宙微波背景辐射相关的说法中，正确的是（）A.微波是指波长在10-3m到10 m之间的电磁波B.微波和声波一样都只能在介质中传播C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说5 .硅光电池是一种将光辐射的能量转化为电能的新型电池。若有N个波长为入。的光子打在光 电池极板上，这些光子的总能量为为普朗克常量，c为光速）（）A./i- B.Nh- C./V/iAo D.2NA入0 入o入。6 . .“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根 据黑体辐射

9、规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高, 则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长入的变化情况是（）A增大,入增大B./增大，入减小C./减小，入增大D./减小，入减小7 .（多选）以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是（）A.物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波8 .当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C.当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D.早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高8 .关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B.黑体辐射电

10、磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收, 最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体9 .普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）探究点二、能量子【情境探究】1.在我们生活的宏观世界里，物体的位置、速度等运动规律，都可以通过牛顿力学精确地测 算。但在量子微观世界里，有着与宏观世界截然不同的规则，如原子、分子和离子等，其能 量

11、正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值。思考下面的问题：（1）普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同？（2）由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，请在宏观概念中，举一 些我们周围不连续的实例。【探究归纳】1 .能量子的理解（1）物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不 连续的，只能是碗的整数倍。（2）微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样， 只能取某些特定的值，即能量是量子化的。2 .能量量子化假说的意义普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的 发展

12、产生了革命性的影响。普朗克常量九是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界 的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。【典例2】下列关于能量量子化的说法，正确的是（）A.能量子与电磁波的频率成反比8 .电磁波波长越长，其能量子越大C.微观粒子的能量是不连续（分立）的D.能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的解题感悟能量量子化的理解要点（1）能量只能采取某些分离数值。（2）能量只能以确定的大小（即能量子）一份一份地进行变化。（3）能量子是不可再分的。【迁移应用】1 .一盏灯发光功率为100 W,假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为6.0 x 10-7m, 在距电灯10m远处，以电灯为

13、球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的能量子数约为（普朗克 常量 h= 6.63 x 10-34J - s,光速 c= 3.0x 108m/s）（）A.2 x 1015 B.2 x 1016 C.2 x 1017 D.2 x 10232 .以下宏观概念中，属于“量子化”的是（）A.物体的长度B.物体所受的重力C.物体的动能D.人的个数的。A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的4 .已知某种单色光的波长为入，在真空中光速为c,普朗克常量为心则电磁波辐射的能量 子的值

14、为（）A.武 B 3C.AD.以上均不正确入入九入5 .两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的 能量子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的能量子数之比为5:4,则这两束光的能量 子和波长之比分别为（）A.4:54:5B.5:44:5C.5:45:4D.4:55:46 .人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿 光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为&63 x 10-34j.s,光速为3.0x 108m/s, 则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（）A.2.3 x 10-18WB.3.8 x 10-19WC.7.0 x 1010W D.1.2 x 10-18W7 .某广播电台的发射功率为lOkW,发射的是在空气中波长为187.5m的电磁波，则：（普 朗克常量 h= 6.63 x 1034J - s,光速 c = 3 x 108m/s）（1）该电台每秒从天线发射多少个能量子？（2）若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5km 处，直径为2 m的球状天线每秒接收的能量子数以及接收功率。