新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性4.1普朗克黑體輻射理論課件新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.

結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)和已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí),知道黑體和黑體輻射,知道黑體的特點(diǎn)及引入黑體概念的必要性,知道黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律及理論解釋.2.通過(guò)對(duì)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律與經(jīng)典電磁理論的矛盾的分析,了解普朗克的能量子假設(shè)的時(shí)代背景,知道普朗克提出的能量子假說(shuō)的基本內(nèi)容,掌握能量子的表達(dá)式并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算.3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn),體會(huì)能量量子化的提出對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響.1

普朗克黑體輻射理論知識(shí)點(diǎn)一

黑體與黑體輻射1.熱輻射.(1)熱輻射:我們周?chē)囊磺形矬w都在輻射

,這種輻射與物體的

有關(guān),所以叫作熱輻射.(2)熱輻射強(qiáng)度與電磁波波長(zhǎng)的關(guān)系:物體的溫度升高,其輻射強(qiáng)度增大,輻射的電磁波的波長(zhǎng)也會(huì)變化.熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的

而有所不同.電磁波溫度溫度2.什么是黑體?下圖所示的帶小孔的空腔為什么可以看成黑體?答案: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.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,所以帶小孔的空腔就可以近似為一個(gè)黑體.3.黑體輻射.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.4.一般物體與黑體不同.(1)對(duì)于一般材料的物體,輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān),還與材料的

及

有關(guān),而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).(2)一般物體既吸收電磁波又反射電磁波;黑體完全

入射的各種電磁波而不

.反射輻射種類(lèi)表面狀況溫度吸收反射知識(shí)點(diǎn)二黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.下圖畫(huà)出了四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系,說(shuō)一說(shuō)有什么規(guī)律.答案:隨著溫度的升高,一方面,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加;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).2.德國(guó)物理學(xué)家

做了多種嘗試,終于在1900年10月,找到了一個(gè)數(shù)學(xué)公式,它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美.普朗克知識(shí)點(diǎn)三能量子1.一個(gè)彈簧振子,把小球推到任何位置(在彈性限度以?xún)?nèi)),它振動(dòng)的能量可以是任何值,也就是說(shuō)彈簧振子的能量是可以連續(xù)變化的.微觀粒子的能量是否同宏觀物體的能量一樣,具有連續(xù)性呢?普朗克是怎樣假設(shè)的?答案:微觀粒子的能量同宏觀物體的能量不同,不具有連續(xù)性.普朗克認(rèn)為:微觀粒子的能量是分立的,不是連續(xù)的.2.(1)能量子:普朗克認(rèn)為,組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一

,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),也是以這個(gè)

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)能量子大小:不可再分的最小能量值ε=

,其中ν是電磁波的

,h是普朗克常量,h=

.

(3)宏觀物體的能量值是

;而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是

.最小能量值ε的整數(shù)倍最小能量值頻率6.626×10-34J·s連續(xù)的不連續(xù)的(量子化的或分立的)hν小試身手判斷下列說(shuō)法的正誤并和同學(xué)交流(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”).1.黑體一定是黑色的.()2.能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.()3.只有高溫物體才能輻射電磁波.()4.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布只與黑體的溫度有關(guān).()5.隨著溫度的升高,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng).()6.微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.()7.能量子不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比.()×√×√×√√探究一黑體與黑體輻射問(wèn)題情境一座建設(shè)中的樓房還沒(méi)安裝窗子,室內(nèi)白墻已經(jīng)粉刷完畢,從遠(yuǎn)處看到樓房的情景如圖所示.1.樓房?jī)?nèi)的亮度與樓房外墻的亮度相比,你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么?為什么?答案:外墻比房?jī)?nèi)亮度大;因?yàn)橥鈮头績(jī)?nèi)的物體均不發(fā)光,它們的亮度取決于反射光的強(qiáng)度,外墻反射的光較強(qiáng),所以看起來(lái)更亮,而從窗戶(hù)射入的光經(jīng)過(guò)室內(nèi)墻壁的多次反射和吸收,能從窗戶(hù)射出的光極弱,所以房?jī)?nèi)看起來(lái)較暗.答案:外界經(jīng)小孔射入容器的光在內(nèi)部多次反射和吸收,沒(méi)有光射出,所以帶小孔的容器可以看成絕對(duì)黑體.2.如圖所示,一個(gè)用不透明材料制成的空心容器,器壁上開(kāi)一小孔,帶小孔的容器能否看成絕對(duì)黑體?3.黑體和普通物體都存在熱輻射,為什么科學(xué)家研究物體熱輻射的規(guī)律選擇的是黑體而不是普通物體?答案:一般材料的物體,輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān),還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān),而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),黑體可能反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律.過(guò)程建構(gòu)1.黑體是用來(lái)研究熱輻射定律的理想輻射體.黑體實(shí)際上是不存在的,只是一種理想模型.2.黑體不一定是黑的,只有當(dāng)自身輻射的可見(jiàn)光非常微弱時(shí)看上去才是黑色的;有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射,看起來(lái)會(huì)很明亮,如帶小孔的煉鋼爐腔.一些發(fā)光的物體(如太陽(yáng)、白熾燈燈絲)有時(shí)也可以被看作黑體.3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡(jiǎn)單,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布只與黑體的溫度有關(guān),與構(gòu)成黑體的材料、形狀無(wú)關(guān).4.一般物體與黑體的比較.項(xiàng)目一般物體黑體熱輻射特點(diǎn)輻射電磁波的情況與溫度有關(guān),與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)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)吸收、反射電磁波的特點(diǎn)既吸收又反射電磁波,其能力與材料的種類(lèi)及入射電磁波波長(zhǎng)等因素有關(guān)完全吸收入射的各種電磁波,不反射【典例1】(多選)按照推算，宇宙中應(yīng)存在黑體輻射.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的光譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化.下列與宇宙微波背景輻射光譜相關(guān)的說(shuō)法正確的是 (

)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.黑體的熱輻射實(shí)質(zhì)上是電磁輻射D.普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)解析:根據(jù)熱輻射的概念知,A正確.一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類(lèi)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.普朗克在研究黑體輻射時(shí)最早提出了能量子假說(shuō),他認(rèn)為能量是一份一份的,不可再分的最小能量值ε叫作能量子,黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射,C、D正確.答案:ACD探究二黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律問(wèn)題情境1.下圖是某黑體溫度為1700K時(shí),黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的關(guān)系圖.觀察圖形,各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么分布?答案:黑體輻射的電磁波中,各種波長(zhǎng)的電磁波都存在,其中波長(zhǎng)為2μm的電磁波強(qiáng)度最大.2.當(dāng)溫度從1100K升高到1700K時(shí),四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系如圖所示.隨溫度的升高各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么變化?輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化?答案: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).

黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3.在新的理論誕生之前,人們很自然地要依據(jù)已有的熱學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來(lái)解釋黑體輻射的規(guī)律.德國(guó)物理學(xué)家維恩和英國(guó)物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的理論公式,維恩公式和瑞利公式解釋黑體輻射規(guī)律時(shí)遇到了什么問(wèn)題?4.普朗克推導(dǎo)的理論公式非常完美地解釋了黑體輻射的規(guī)律,他提出了什么新觀點(diǎn)?有什么重要意義?答案:維恩公式在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近,在長(zhǎng)波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離較大;瑞利公式在長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致,但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符.答案:提出了能量不連續(xù)的觀點(diǎn).其意義是創(chuàng)立了量子理論,為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ),這是物理學(xué)史上的一次巨大變革,結(jié)束了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面.過(guò)程建構(gòu)1.電磁輻射不一定要高溫,任何溫度的物體都發(fā)出一定的電磁輻射,只是溫度低時(shí)輻射弱,溫度高時(shí)輻射強(qiáng).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)不同的溫度輻射強(qiáng)度不同,隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加.(3)溫度越高,輻射強(qiáng)度的極大值越大.(4)輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度升高向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng).【典例2】(多選)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)度都有增加B.隨著溫度升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C.隨著溫度降低,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加D.隨著溫度降低,輻射強(qiáng)度的極大值向頻率較高的方向移動(dòng)答案:

ACD解析:由題圖可知,隨著溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),A、B正確;當(dāng)溫度降低時(shí),上述變化都將反過(guò)來(lái),C錯(cuò)誤;溫度降低時(shí),輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向著波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng),由于波長(zhǎng)和頻率成反比,所以,溫度降低時(shí),輻射強(qiáng)度的最大值會(huì)向頻率較低的方向移動(dòng),D錯(cuò)誤.探究三能量子問(wèn)題情境根據(jù)普朗克的能量子理論,一杯開(kāi)水向外輻射的能量應(yīng)該是分立的、一份份的.1.為何我們看到溫度計(jì)的示數(shù)不是一段一段地降低呢?2.研究什么問(wèn)題時(shí),必須考慮能量量子化?答案: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.答案:因?yàn)槲⒂^粒子的能量值是不連續(xù)的,在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化.1.能量量子化的意義:破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念,在微觀世界中能量是量子化的,或者說(shuō)微觀粒子的能量是分立的.2.對(duì)能量子的理解: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hν的整數(shù)倍.過(guò)程建構(gòu)【典例3】(多選)對(duì)于帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn),下列說(shuō)法正確的是 (

)A.以某一個(gè)最小能量值為單位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,A、B、D正確,C錯(cuò)誤.答案:ABD課堂評(píng)價(jià)1.對(duì)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布有影響的因素是(

)A.溫度

B.材料C.表面狀況 D.以上都正確解析: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),A正確.答案:A2.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)度都有增加;另一方面,輻射強(qiáng)度的極大