4-1普朗克黑體輻射理論(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第四章原子結構和波粒二象性第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【核心素養(yǎng)目標】物理觀念了解黑體和黑體輻射的概念，了解能量子的概念科學思維了解黑體輻射的實驗規(guī)律及黑體輻射電磁波的強度隨波長的分布曲線.科學探究了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點．科學態(tài)度與責任通過普朗克黑體輻射理論知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。知識點一黑體與黑體輻射【情境導入】如圖，被燒紅的鐵釘發(fā)出紅光，即輻射電磁波。(1)什么是熱輻射？(2)我們周圍的物體都在進行熱輻射，為什么我們只能觀察到部分物體的熱輻射？(3)物體會吸收和反射外界射來的電磁波，有沒有只吸收電磁波而不反射電磁波的物體？【知識梳理】1．黑體：某種物體能夠入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體．2．黑體輻射(1)定義：黑體雖然不電磁波，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有關．【重難詮釋】1．對黑體的理解(1)黑體是一個理想化的物理模型．(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的輻射，看起來還會很明亮．2．一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、反射特點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既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關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完全吸收各種入射電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值．(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強度都有增加；②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，如圖所示．【典例精析】例1．(多選)關于對黑體的認識，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．如果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)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體例2．在實驗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，就是黑體的輻射強度與波長的關系圖像，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．隨著溫度的升高，黑體輻射的強度都有所降低D．隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動知識點二能量子【情境導入】如圖是普朗克公式與實驗結果的比較，曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的，小黑點代表實驗值，與實驗符合之好令人拍案叫絕。(1)微觀粒子的能量是否同宏觀物體的能量一樣，具有連續(xù)性？(2)普朗克假設的內(nèi)容是什么？【知識梳理】1．定義：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的倍，這個不可再分的——叫作能量子．2．表達式：ε＝hν.其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率．h稱為．h＝6.62607015×10－34J·s.3．能量的量子化：微觀粒子的能量是的，或者說微觀粒子的能量是的．【重難詮釋】1．普朗克的量子化假設(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…當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的．這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子表達式：ε＝hν(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．2．對能量量子化的理解(1)物體在發(fā)射或接收能量的時候，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中間狀態(tài)．(2)在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮能量量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化．【典例精析】例3．(多選)1900年德國物理學家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是()A．物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份最小能量值，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的例4．(2019·江蘇卷)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術中，所用激光的波長λ＝6.4×10－7m，每個激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J．求每個脈沖中的光子數(shù)目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s.計算結果保留一位有效數(shù)字)針對訓練一、單選題1．關于對能量子的認識，下列說法正確的是（）A．振動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反比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的2．關于光子的能量，下列說法中正確的是（）A．光子的能量跟它的頻率成反比B．光子的能量跟它的頻率成正比C．光子的能量跟它的速度成正比D．光子的能量跟它的速度成反比3．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的是（）A． B．C． D．4．所謂黑體是指能全部吸收入射的電磁波而不發(fā)生反射的物體。顯然，自然界不存在真正的黑體，但許多物體在某些波段上可近似地看成黑體。如圖所示，用不透明的材料制成的帶小孔的空腔，可近似地看作黑體。這是利用了（）A．控制變量法 B．類比法C．比值法 D．理想化方法5．人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18W B．7.0×10－10WC．3.8×10－19W D．1.2×10－18W6．2015年中國發(fā)射衛(wèi)星“悟空”，用來探測暗物質(zhì)粒子和黑洞。黑洞是黑體的一種，關于黑體，下列說法正確的是（）A．外表面涂成黑色的物體就是黑體B．黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波C．在空腔壁上開一個很小的孔，射入孔的電磁波最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就成了黑體D．玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說7．如圖所示是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系圖象，則下列說法錯誤的是（）A．T1>T2B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．普朗克提出的能量量子化理論很好的解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律D．如果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)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個黑體8．關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是（）A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B．黑體是黑色的C．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，與材料的種類及表面狀況無關D．煤煙很接近黑體，如置于陽光下照射，煤煙溫度會不斷上升二、多選題9．以下關于輻射強度與波長的關系的說法中正確的是（）A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B．當鐵塊呈現(xiàn)黑色時，說明它的溫度不太高C．當鐵塊的溫度較高時會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強D．早、晚時分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，說明中午時分太陽溫度最高10．1900年德國物理學家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是（）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的11．黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知（）A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向頻率較高的方向移動12．關于對黑體的認識，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關D．如果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)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體13．關于對黑體的認識，下列說法正確的是（）A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．如果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)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個黑體14．如果給一個鐵塊不斷加熱，則（）A．鐵塊依次