4.1 普朗克黑體輻射理論（原卷版）

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【知識(shí)梳理與方法突破】1.黑體的理解（1）黑體是一個(gè)理想化的物理模型，絕對(duì)的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)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，最終不能從小孔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作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。2.一般物體與黑體的比較項(xiàng)目熱輻射特點(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)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.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，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)。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的解釋?zhuān)涸谀芰苛孔踊僭O(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符。4.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過(guò)內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假說(shuō)的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類(lèi)對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)推到了一個(gè)新的高度，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動(dòng)性與粒子性的橋梁。【例】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（

）A．隨著溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加B．隨著溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加C．隨著溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)D．隨著溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)【針對(duì)訓(xùn)練】1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（

）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量D．能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的【對(duì)點(diǎn)檢測(cè)】1．對(duì)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．下列說(shuō)法正確的是（

）A．一般物體的熱輻射強(qiáng)度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體看上去一定是黑的C．在黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖中，一定溫度下，黑體輻射強(qiáng)度有一個(gè)極大值D．在黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖中，溫度升高時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)增大的方向移動(dòng)3．一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)，在距電燈遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過(guò)的能量子數(shù)約為（

）A．個(gè) B．個(gè)C．個(gè) D．個(gè)4．紅外線熱像儀可以監(jiān)測(cè)人的體溫，當(dāng)被測(cè)者從儀器前走過(guò)時(shí)，便可知道被測(cè)者的體溫是多少，關(guān)于其中原理，下列說(shuō)法正確的是（

）A．人的體溫會(huì)影響周?chē)諝鉁囟?，儀器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測(cè)者的溫度有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長(zhǎng)的成分強(qiáng)D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的成分強(qiáng)5．對(duì)于能量量子化的理解，下列說(shuō)法正確的是（

）A．微觀粒子的能量是連續(xù)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的C．微觀粒子的能量可以取任意值D．微觀粒子的能量只能取某些分立的值6．對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．黑體只吸收電磁波，不輻射電磁波B．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)及其表面狀況無(wú)關(guān)C．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，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體D．黑體是一種理想化模型，實(shí)際物體沒(méi)有絕對(duì)黑體7．下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說(shuō)法正確的是（

）A．黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無(wú)反射B．黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光）C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來(lái)解釋D．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋10．根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以下判斷正確的是（

）A．在同一溫度下，波長(zhǎng)越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B．在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長(zhǎng)不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長(zhǎng)與最小波長(zhǎng)之間C．溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長(zhǎng)越短第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【知識(shí)梳理與方法突破】1.黑體的理解（1）黑體是一個(gè)理想化的物理模型，絕對(duì)的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)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，最終不能從小孔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作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。2.一般物體與黑體的比較項(xiàng)目熱輻射特點(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)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.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，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)。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的解釋?zhuān)涸谀芰苛孔踊僭O(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符。4.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過(guò)內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假說(shuō)的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類(lèi)對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)推到了一個(gè)新的高度，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動(dòng)性與粒子性的橋梁?！纠亢隗w輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（

）A．隨著溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加B．隨著溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加C．隨著溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)D．隨著溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)【答案】AD【詳解】AB．黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，故A正確，B錯(cuò)誤；C．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；D．隨著溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)，故D正確。故選AD?！踞槍?duì)訓(xùn)練】1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說(shuō)，即能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法屬于能量子假說(shuō)內(nèi)容的是（

）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說(shuō)中將每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量D．能量子假說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的【答案】ABC【詳解】AD．能量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，故A項(xiàng)符合題意，D項(xiàng)不符合題意；BC．能量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱(chēng)為“能量子”，能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量，故BC兩項(xiàng)正確。【對(duì)點(diǎn)檢測(cè)】1．對(duì)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【答案】A【詳解】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強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。2．下列說(shuō)法正確的是（

）A．一般物體的熱輻射強(qiáng)度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體看上去一定是黑的C．在黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖中，一定溫度下，黑體輻射強(qiáng)度有一個(gè)極大值D．在黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖中，溫度升高時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)增大的方向移動(dòng)【答案】C【詳解】A．一般物體的熱輻射強(qiáng)度除與溫度有關(guān)之外，還與材料、表面狀況等因素有關(guān)，故A錯(cuò)誤；B．黑體可以完全吸收電磁波而不發(fā)生反射，同時(shí)自身可以有較強(qiáng)的輻射，所以看上去不一定是黑的，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律可得，一定溫度下黑體輻射強(qiáng)度有一個(gè)極大值，故C正確；D．根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，黑體熱輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度的升高向波長(zhǎng)較小的方向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選C。3．一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)，在距電燈遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過(guò)的能量子數(shù)約為（

）A．個(gè) B．個(gè)C．個(gè) D．個(gè)【答案】A【詳解】光是電磁波，輻射能量也是一份一份進(jìn)行的，100W燈泡每秒產(chǎn)生光能，設(shè)燈泡每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n，則能量為在以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過(guò)的能量子數(shù)個(gè)個(gè)故A正確。故選A。4．紅外線熱像儀可以監(jiān)測(cè)人的體溫，當(dāng)被測(cè)者從儀器前走過(guò)時(shí)，便可知道被測(cè)者的體溫是多少，關(guān)于其中原理，下列說(shuō)法正確的是（

）A．人的體溫會(huì)影響周?chē)諝鉁囟?，儀器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測(cè)者的溫度有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長(zhǎng)的成分強(qiáng)D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的成分強(qiáng)【答案】C【詳解】根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；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)．人的體溫的高低，直接決定了這個(gè)人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的情況就可知道這個(gè)人的體溫，故C正確。故選C。5．對(duì)于能量量子化的理解，下列說(shuō)法正確的是（

）A．微觀粒子的能量是連續(xù)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的C．微觀粒子的能量可以取任意值D．微觀粒子的能量只能取某些分立的值【答案】BD【詳解】AB．在微觀粒子領(lǐng)域中微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；CD．在微觀粒子領(lǐng)域中微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的，只能取某些分立的值，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。6．對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．黑體只吸收電磁波，不輻射電磁波B．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)及其表面狀況無(wú)關(guān)C．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，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體D．黑體是一種理想化模型，實(shí)際物體沒(méi)有絕對(duì)黑體【答案】BD【詳解】A．黑體吸收電磁波而不發(fā)生反射，黑體自身向外輻射電磁波，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；B．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)及其表面狀況無(wú)關(guān)，B項(xiàng)正確；C．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，最終不能從小孔射出，這個(gè)小孔成了一個(gè)黑體，而空腔不是黑體，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．任何物體都會(huì)反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實(shí)際是不存在的，黑體是一種理想化的模型，故D項(xiàng)正確。7．下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說(shuō)法正確的是（

）A．黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無(wú)反射B．黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光）C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來(lái)解釋D．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋【答案】ABD【詳解】A．如果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。故A項(xiàng)正確；B．黑體的溫度升高時(shí)，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加（包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光），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)。故B項(xiàng)正確；CD．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋?zhuān)绽士颂岢瞿芰苛孔踊碚搶?duì)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行了解釋。故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。10．根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以下判斷正確的