4.1 普朗克黑體輻射理論-1

1普朗克黑體輻射理論第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性目錄CONTENTS黑體與黑體輻射01能量子黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律0302

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(duì)原子、分子等微觀粒子進(jìn)行有效操控和測(cè)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？思考與討論：黑體與黑體輻射01一、黑體與黑體輻射1.黑體：如果一個(gè)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)稱黑體。注意：(1)黑體是個(gè)理想化的模型。(2)一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(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)。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。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律02二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布與溫度的關(guān)系:特點(diǎn)：隨溫度的升高①各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加；②輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。維恩瑞利瑞利─金斯線維恩線二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2.經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難（1）維恩的經(jīng)驗(yàn)公式：短波符合，長(zhǎng)波不符合；（2）瑞利─金斯公式：長(zhǎng)波符合，短波荒唐瑞利─金斯線維恩線黑體輻射公式：

1900年10月19日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出黑體輻射公式。二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3.普朗克的發(fā)現(xiàn)能量子031.普朗克的假定：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。

三、能量子(1)γ是電磁波的頻率；(2)h是一個(gè)常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h=6.626×10-34J·S4.宏觀物體的能量是連續(xù)的；微觀粒子的能量是量子化的。2.能量子：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。這個(gè)不可再分的能量值ε叫做能量子。3.最小能量：ε=hγ三、能量子

普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開(kāi)創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。課堂練習(xí)041．能量子假設(shè)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)思想與觀念的一次突破。“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”，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(ài)因斯坦B【答案】B【詳解】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。2．關(guān)于對(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，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．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)，與材料的種類及表面狀況無(wú)關(guān)D．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C【答案】C【詳解】A．黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故A錯(cuò)誤；BC．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)，故B錯(cuò)誤，C正確；D．小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔成了一個(gè)黑體，而不是空腔，故D錯(cuò)誤。故選C。3．如圖所示是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，下列說(shuō)法正確的是（

）A．溫度越高，黑體輻射的電磁波的波長(zhǎng)越大B．溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)C．黑體的輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與材料的表面狀況有關(guān)D．普朗克通過(guò)對(duì)黑體輻射的研究，提出了能量子的概念D【答案】D【詳解】AB．溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，但黑體輻射的電磁波波長(zhǎng)并不是越大，AB錯(cuò)誤；C．一般物體的輻射強(qiáng)度除去與溫度有關(guān)外，還和物體的材料及表面狀態(tài)有關(guān)，但黑體的輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，C錯(cuò)誤；D．普朗克通過(guò)對(duì)黑體輻射的研究，提出了能量子的概念，D正確。故選D。4．下列關(guān)于能量量子化的說(shuō)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(zhǎng)越長(zhǎng)，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(ài)因斯坦最早提出來(lái)的C【答案】C【詳解】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(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越小，故B錯(cuò)誤；C．普朗克提出了量子假說(shuō)，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(lái)的，故D錯(cuò)誤。故選C。5．如圖所示，學(xué)校廣泛使用了紅外體溫槍測(cè)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(shuō)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(lái)測(cè)量體溫的C【答案】C【詳解】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(guò)輻射出來(lái)的紅外線的強(qiáng)度就能測(cè)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(lái)測(cè)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，該紅外線的最小能量值為ε=hν故C正確。故選C。6．1900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)，關(guān)于能量子假說(shuō)，下列說(shuō)法不正確的是（）A．物質(zhì)輻射（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)中將每一份不可再分的最小能量值，稱為“能量子”C．能量子假說(shuō)中，能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h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D【答案】D【詳解】A．能量子假說(shuō)認(rèn)為物質(zhì)輻射（或吸收）能量時(shí)，輻射（或吸收）的能量是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故A正確，不符合題意；B．能量子假說(shuō)中將每一份不可再分能量的最小值，稱為“能量子”，故B正確，不符合題意；C．能量子假說(shuō)中，能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動(dòng)頻率，h為普朗克常量，故C正確不符合題意；D．能量子假說(shuō)認(rèn)為輻射（或吸收）的能量是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故D錯(cuò)誤，符合題意。故選D。7．第26屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)于2018年11月通過(guò)決議，正式更新了千克、安培、開(kāi)爾文和摩爾四個(gè)基本單位的定義，國(guó)際測(cè)量界的百年夙愿終于實(shí)現(xiàn)﹣﹣國(guó)際測(cè)量體系將全部建立在基本物理常數(shù)上，大大提高了計(jì)量的穩(wěn)定性和精確性．比如，最受關(guān)注的“千克”，不再以具體實(shí)物的質(zhì)量來(lái)定義，而將以量子力學(xué)中的普朗克常數(shù)h為基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)一系列物理?yè)Q算，算出質(zhì)量．已知普朗克常數(shù)與頻率的乘積可以表示能量，下列屬于用國(guó)際單位制的基本單位來(lái)表示普朗克常數(shù)h單位的是（）A．J/s B．Kg．m2/sC．Kg?m2/s3

D．N?m?sB【答案】B【詳解】根據(jù)公式E＝hv，因能量E的單位為J，頻