普朗克黑體輻射理論高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修3

第1節(jié)

普朗克黑

體輻射理論第四章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄黑體與黑體輻射01黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律02能量子03學(xué)以致用提高練習(xí)04思考與討論：量子論使人們認(rèn)識(shí)了微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并發(fā)展了一系列對原子、分子等微觀粒子進(jìn)行有效操控和測量的技術(shù)。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個(gè)鐵原子排成的“原子圍欄”。那么，人們認(rèn)識(shí)量子規(guī)律的第一步是怎樣邁出的？新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)一、黑體與黑體輻射1.黑體如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長（不僅是可見光）的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。[對黑體的理解]：絕對的黑體是一個(gè)理想化的物理模型,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)小孔就成了一個(gè)絕對黑體。不透明材料制成的帶小孔的空腔新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。[黑體輻射的特征]：研究表明,對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。注意：黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來還會(huì)很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被看作黑體來處理新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)黑體輻射實(shí)驗(yàn)研究：加熱黑體爐使其溫度升高，黑體爐就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.輻射強(qiáng)度按波長分布與溫度的關(guān)系:2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律特點(diǎn)：隨溫度的升高

①溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。

②各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加；

③輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.黑體輻射的理論解釋+-+-+-帶電微粒→震動(dòng)→變化的電磁場物體中存在帶電微粒直接找規(guī)律有點(diǎn)兒困難，科學(xué)家打算結(jié)合理論來尋找這個(gè)公式。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)（1）維恩、瑞利——金斯的解釋①維恩公式在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離很大。②瑞利公式在長波區(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（短波荒唐）。維恩瑞利在紫外線一端，當(dāng)波長趨于0時(shí)，輻射本領(lǐng)將趨于無窮大。這種情況被人們稱為“紫外災(zāi)難”。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)（2）普朗克的解釋維恩公式和瑞利——金斯公式，其實(shí)就是普朗克公式的特殊情況。普朗克嘗試從電磁學(xué)、力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理學(xué)的基本理論出發(fā)，把這個(gè)公式推導(dǎo)出來,它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。普朗克的擬合結(jié)果普朗克最終在1900年底發(fā)現(xiàn)，如果想推導(dǎo)出這個(gè)公式，就必須假定：組成黑體的振動(dòng)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。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)(3)實(shí)驗(yàn)演示：黑體輻射的理論解釋新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)三、能量子1.普朗克的量子化假設(shè)-能量子(超越牛頓的發(fā)現(xiàn))普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，例如，可能是ε或2ε、3ε…這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.能量子大小表達(dá)式：E=nεn=1,2,…能量量子經(jīng)典ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化，ν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，也是電磁波的頻率，h：普朗克常量h＝6.62607015×10-34J·s比喻：電磁波就好象是機(jī)關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運(yùn)動(dòng)的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。普朗克新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.能量量子化理解宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個(gè)一個(gè)的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。經(jīng)典量子連續(xù)分立彈簧振子振動(dòng)能量可以連續(xù)變化（振幅可以取任意值），即振動(dòng)能量的連續(xù)性。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)4.普朗克量子化理論的意義①破除“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)思想，是物理新思想的基石之一②開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)③標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域

普朗克1900年的假設(shè)第一次為人們揭開了微觀世界物理規(guī)律面紗的一角。從此，物理學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)視頻演示：普朗克一戰(zhàn)封神新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)人類智商最高的Party現(xiàn)場新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)四、學(xué)以致用提高練習(xí)1．能量子假設(shè)是對經(jīng)典物理學(xué)思想與觀念的一次突破?！罢駝?dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍”，作出這一大膽假設(shè)的科學(xué)家是（）A．牛頓 B．普朗克 C．密立根 D．愛因斯坦【答案】B【解析】振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，這一假設(shè)是普朗克提出的。故選B。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)2.(多選)(2020·江蘇宿遷模擬)關(guān)于黑體和黑體輻射，下列敘述正確的是()A．愛因斯坦通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)D．黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動(dòng)【答案】BC【解析】普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，故A錯(cuò)誤；根據(jù)黑體的特點(diǎn)可知，黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波，故B正確；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，故C正確，D錯(cuò)誤。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)3.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中,符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()【答案】A【解析】黑體輻射規(guī)律:隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加,另一方面輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng).據(jù)此規(guī)律可知A圖正確.隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)4.下列關(guān)于能量量子化的說法，正確的是（）A．能量子與電磁波的頻率成反比 B．電磁波波長越長，其能量子越大C．微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的 D．能量子假設(shè)是由愛因斯坦最早提出來的【答案】C【解析】A．由?=hν可知，能量子與電磁波的頻率成正比，故A錯(cuò)誤；B．由

可知，電磁波波長越長，其能量子越小，故B錯(cuò)誤；C．普朗克提出了量子假說，他認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量都是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故C正確；D．能量子假設(shè)是由普朗克最早提出來的，故D錯(cuò)誤。故選C。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)5.(多選)(2021·江蘇常州期末)如圖所示為關(guān)于黑體輻射的圖像，下列判斷正確的是()A．T1＜T2＜T3＜T3B．T1＞T2＞T3＞T4C．測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度D．測量某黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度【答案】C【解析】因隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，同時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，所以T1＞T2＞T3＞T4，故A錯(cuò)誤，B正確。測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度，而不同溫度的黑體可以輻射出相同波長的電磁波，故C正確，D錯(cuò)誤。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)6.如圖所示，學(xué)校廣泛使用了紅外體溫槍測量體溫。已知普朗克常數(shù)為h，某紅外線的頻率為ν，下列說法正確的是（）A．體溫越高，人體輻射紅外線的強(qiáng)度越弱B．人體輻射該紅外線的能量可以取任意值C．該紅外線的最小能量值為hνD．紅外體溫槍是利用體溫槍發(fā)射的紅外線來測量體溫的【答案】C【解析】AD．人身體各個(gè)部位體溫是有變化的，所以輻射的紅外線強(qiáng)度就會(huì)不一樣，溫度越高紅外線強(qiáng)度越高，溫度越低輻射的紅外線強(qiáng)度就越低，所以通過輻射出來的紅外線的強(qiáng)度就能測出個(gè)各部位的溫度；故紅外體溫計(jì)不是靠體溫計(jì)發(fā)射紅外線來測體溫的。故AD錯(cuò)誤；B．人體輻射該紅外線的能量是不連續(xù)的，是以離散的方式存在的。故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)光子能量方程可知，該紅外線的最小能