4-1-普朗克黑體輻射理論(人教版2019選擇性必修第三冊(cè))(解析版)

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、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長(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：在能量量子化假設(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肯铝忻枥L兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】BD．黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射越強(qiáng)越大，選項(xiàng)BD錯(cuò)誤；AC．根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系為：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，則各種頻率的輻射強(qiáng)度也都增加，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)，故A正確，C錯(cuò)誤。故選A。【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，稱為“能量子”C．能量子假說(shuō)中的能量子的能量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【答案】ABC【詳解】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，稱為“能量子”，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ABC符合題意，D不符合題意。故選ABC?！眷柟烫嵘?．對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．黑體不僅能吸收電磁波，也能反射電磁波B．黑體是黑色的且其自身輻射電磁波C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及其表面狀況有關(guān)D．黑體是一種理想化模型，實(shí)際物體沒有絕對(duì)黑體【答案】D【詳解】AB．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，不一定是黑色的，故AB錯(cuò)誤；C．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)，與材料的種類及其表面狀況無(wú)關(guān)，故C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正確。故選D。2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是（）A．黑體是真實(shí)存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度升高，黑體輻射的各波長(zhǎng)的強(qiáng)度有些會(huì)增強(qiáng)，有些會(huì)減弱D．黑體輻射無(wú)任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)【答案】B【詳解】A．黑體并不是真實(shí)存在的，A錯(cuò)誤；B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，B正確；C．隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，C錯(cuò)誤；D．黑體輻射是有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的，D錯(cuò)誤。故選B。3．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)的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)C．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元D．如果在一個(gè)空腔壁上開一個(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【答案】C【詳解】A．能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體，A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)，溫度升高時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)減小的方向移動(dòng)，B錯(cuò)誤；C．普朗克引入能量子的概念得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，C正確；D．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)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)的黑體，D錯(cuò)誤。故選C。4．華為手機(jī)麒麟9000型芯片是5nm制作工藝，光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一。光刻機(jī)通過(guò)一系列的光源能量，將光束透射過(guò)畫著線路圖的掩模，用透鏡將線路圖成比例縮小后映射到涂有化學(xué)層的硅片上，受到光線照射的部分，可以被沖洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的電路圖。芯片的制作過(guò)程需要用較大能量光子的光照射，應(yīng)選用的光源是（）A．波長(zhǎng)長(zhǎng)的光源 B．頻率大的光源C．強(qiáng)度小的光源 D．強(qiáng)度大的光源【答案】B【詳解】由光子的能量公式，即可知，頻率越大額光子能量越大，光子的能量與光子的強(qiáng)度無(wú)光，而根據(jù)公式可得，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光子的頻率越小，ACD錯(cuò)誤，B正確。故選B。5．近日，由義烏城建攜手中國(guó)移動(dòng)建設(shè)的浙江省首個(gè)5G停車場(chǎng)——江濱綠廊三公園停車場(chǎng)正式投入運(yùn)營(yíng)。在過(guò)去的10年，義烏市通信行業(yè)經(jīng)歷了從2G、3G、4G到5G的飛速發(fā)展。5G信號(hào)使用的電磁波頻率更高，每秒傳送的數(shù)據(jù)量也實(shí)現(xiàn)了數(shù)量級(jí)的增大。相比與4G信號(hào)，下列判斷正確的是（）A．5G信號(hào)的光子能量更大B．5G信號(hào)的衍射更明顯C．5G信號(hào)的傳播速度更大D．5G信號(hào)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)【答案】A【詳解】A．因?yàn)?G使用的電磁波頻率比4G高，根據(jù)公式可知，5G信號(hào)的光子能量比4G光子能量更大，故A正確；BD．發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長(zhǎng)相比，甚至比波長(zhǎng)還??；因5G使用的電磁波頻率更高，即波長(zhǎng)更短，故5G信號(hào)不容易發(fā)生明顯衍射，故BD錯(cuò)誤；C．任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是相同的，在介質(zhì)中要看折射率，故C錯(cuò)誤。故選A。6．蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫為37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為，根據(jù)熱輻射理論，與輻射源的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為，普朗克常量。那么老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)和老鼠發(fā)出的這種最強(qiáng)的熱輻射每份能量子（又叫作光子）的能量分別是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【詳解】由題意則根據(jù)公式故選B。7．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)小孔就成了一個(gè)黑體【答案】CD【詳解】A．能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這樣的物體稱為黑體，黑體可以向外輻射電磁波，看上去不一定是黑的，A錯(cuò)誤；BC．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；D．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)小孔就成了一個(gè)黑體，D正確。故選CD。8．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（）A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加B．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向頻率較高的方向移動(dòng)【答案】AB【詳解】AC．由圖可知，隨溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故A正確，C錯(cuò)誤；B．溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向著波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故B正確；D．溫度降低，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)與頻率成反比，所以，溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向著頻率較低的方向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。故選AB。9．2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(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)【答案】ACD【詳解】A．由熱輻射的定義：任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質(zhì)。輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射，可知一切物體都在輻射電磁波，故A正確；B．黑體輻射的特點(diǎn)是：理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射，并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射，其光譜特征僅與該黑體的溫度有關(guān)，與黑體的材質(zhì)無(wú)關(guān)；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，故B錯(cuò)誤；CD．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，每一份是一個(gè)能量子，黑體