人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學案：第1節(jié) 普朗克黑體輻射理論

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第1節(jié)普朗克黑體輻射理論核心素養(yǎng)物理觀念科學思維1.知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念。2.掌握黑體輻射的實驗規(guī)律。3.知道普朗克提出的能量子理論。體會感受科學家在面對科學疑難時的創(chuàng)新精神。知識點一黑體與黑體輻射〖觀圖助學〗任何物體都能輻射電磁波，輻射與溫度有關，這在電磁波譜的知識中我們已經(jīng)知道了。你知道輻射和顏色的關系嗎？將鐵塊投在火爐中，鐵塊的顏色會隨著溫度的升高發(fā)生變化，都有哪些變化呢？〖答案〗隨著溫度的升高，鐵塊的顏色依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色1.熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關。2.黑體：指能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。3.一般材料物體的輻射規(guī)律：輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關。4.黑體輻射的實驗規(guī)律：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，如圖所示。黑體輻射的實驗規(guī)律(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加。(2)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。〖思考判斷〗(1)只有高溫物體才能輻射電磁波。(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大。(√)知識點二能量子1.定義：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.公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h是一個常數(shù)，稱為普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s，通常取h＝6.63×10－34J·s。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。〖思考判斷〗(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√)“輻射”是指物體本身向外放出電磁波。除光源外，我們看到的物體的顏色均是反射光的顏色。黑體是一種理想模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似代替。輻射強度是物體單位時間單位面積上輻射的電磁波的能量。維恩和瑞利的理論分別符合黑體輻射的短波和長波部分，說明兩種理論有一定的正確性，但又各有局限，都不能完美解釋黑體輻射現(xiàn)象。普朗克為了得出與實驗相符的黑體輻射公式，做了多種嘗試后才提出了能量子假設，然后根據(jù)能量子假設提出了與實驗相吻合的黑體輻射的強度按波長分布的公式。普朗克大膽地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，揭示了微觀粒子的能量是分立的，成為物理學新思想的奠基者之一。量子化的核心思想是“不連續(xù)性變化”。核心要點對黑體及黑體輻射的理解〖觀察探究〗如圖所示是黑體輻射的實驗規(guī)律圖線。請思考：(1)通過分析圖像你會看出輻射強度隨波長怎樣變化？(2)量子說能很好地解釋黑體輻射的實驗規(guī)律嗎？〖答案〗(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動。(2)能?！继骄繗w納〗1.一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2.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?！荚囶}案例〗〖例1〗(多選)下列敘述正確的是()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C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波〖解析〗根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，B錯誤，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確。〖答案〗ACD〖針對訓練1〗下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()〖解析〗由黑體實驗規(guī)律知溫度越高，輻射越強，且最大強度向波長較短的方向移動，A正確，B、C、D錯誤?！即鸢浮紸核心要點能量子的理解和計算〖要點歸納〗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，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是電磁波的頻率。〖試題案例〗〖例2〗氦—氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當激光器的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014〖解析〗一個能量子的能量為：ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率為1mW時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為：n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×103×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個)＝3.2×1015(個)。〖答案〗B溫馨〖提*示〗能量子與功率、波長、波速和頻率關系綜合出題是本節(jié)一種重要題型，要熟練掌握E＝Pt＝nε，ε＝hν，c＝λν等關系，這是解決此類問題的關鍵?！坚槍τ柧?〗(多選)對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A.以某一個最小能量值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。故選項A、B、D正確，C錯誤。〖答案〗ABD1.(對黑體輻射規(guī)律的理解)能正確解釋黑體輻射實驗規(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.牛頓提出的能量微粒說〖解析〗根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋，故選項B正確。〖答案〗B2.(對黑體輻射規(guī)律的理解)(多選)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其輻射光波長的關系圖像，則下列說法正確的是()A.T1>T2B.T1<T2C.隨著溫度的升高，各種波長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〖解析〗黑體是指在任何溫度下，能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不反射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關。實驗表明，隨著溫度的升高，黑體輻射中各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，選項A、D正確?！即鸢浮紸D3.(能量子的理解及ε＝hν的應用)(多選)關于普朗克“能量量子化”的假設，下列說法正確的是()A.認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的B.認為能量值是連續(xù)的C.認為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D.認為微觀粒子的能量是分立的〖解析〗普朗克的理論認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的，故選項A、D正確?！即鸢浮紸D4.(能量量子化的理解)硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能