1普朗克黑體輻射理論[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射的實驗規(guī)律.2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點．一、黑體與黑體輻射1．黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體．2．黑體輻射(1)定義：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．(2)黑體輻射特點：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(guān)．二、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有增加．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．三、能量子1．定義：組成黑體的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，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．表達式：ε＝hν.其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率．h稱為普朗克常量．h＝6.62607015×10－34J·s.3．能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的．1．判斷下列說法的正誤．(1)黑體一定是黑色的物體．(×)(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．(√)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比．(√)(5)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(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)．(√)2．可見光波長的大致范圍為400～760nm，波長為500nm的能量子ε＝________J.答案3.98×10－19一、黑體與黑體輻射1．對黑體的理解(1)黑體是一個理想化的物理模型．(2)黑體看上去不一定是黑的，有些可看成黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮．2．一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(guān)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(guān)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(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射3.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，如圖1所示．圖1(多選)關(guān)于對黑體的認識，下列說法正確的是()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度按波長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度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體答案CD解析有些黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項A錯誤；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(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)，故選項B錯誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體，故選項D正確．(多選)如圖2所示就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是()圖2A．T1＞T2B．T1＜T2C．隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低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答案AD解析不同溫度的物體向外輻射的電磁波的波長范圍是不相同的，溫度越高，向外輻射的能量中，波長短的波越多，所以T1＞T2，故A正確，B錯誤；隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都會增加；同時最大輻射強度向左側(cè)移動，即向波長較短的方向移動，故C錯誤，D正確．二、能量子1．普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子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(dāng)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)能量子表達式：ε＝hνν是帶電微粒的振動頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10－34J·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．2．對能量量子化的理解(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．(多選)1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是()A．物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的答案ABC解析能量子假說認為，物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量，A、B、C正確．(2019·江蘇卷)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長λ＝6.4×10－7m，每個激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J．求每個脈沖中的光子數(shù)目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s.計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案5×1016個解析光子能量ε＝eq\f(hc,λ)光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016個．1．(黑體)對黑體的認識，下列說法正確的是()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度按波長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，實際物體沒有絕對黑體答案D解析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，A、B錯誤；任何物體都會反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實際是不存在的，黑體是一種理想化的模型，D正確；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(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，C錯誤．2．(黑體輻射)(2020·桂林十八中高二開學(xué)考試)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()答案A解析隨著溫度的升高，黑體輻射的強度與波長的關(guān)系：一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．由此規(guī)律可知選項A正確．3.(能量子)(多選)關(guān)于對普朗克能量子假說的認識，下列說法正確的是()A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的答案BC解析由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A、D錯誤，B正確；能量子ε＝hν，與電磁波的頻率ν成正比，C正確．4．(能量子)人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個綠光的光子(能量子)射入瞳孔，眼睛就能察覺．普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率約是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W答案A解析察覺到綠光所接收的最小功率P＝eq\f(E,t)，因只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺，所以式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq\f(c,λ)，可得P＝eq\f(6hc,tλ)＝eq\f(6×6.63×10－34×3×108,1×530×10－9)W≈2.3×10－18W.考點一黑體黑體輻射1．對黑體輻射電磁波強度按波長的分布的影響因素是()A．溫度 B．材料C．表面狀況 D．以上都正確答案A解析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(guān)，A對．2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是()A．黑體是真實存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度升高，黑體輻射的各波長的強度有些會增強，有些會減弱D．黑體輻射無任何實驗依據(jù)答案B解析黑體并不是真實存在的，A錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加，故C錯誤；黑體輻射是有實驗依據(jù)的，故D錯誤．3．(多選)下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法正確的是()A．黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射B．黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波(包括可見光和不可見光)C．黑體輻射的實驗規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來解釋D．黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋答案ABD解析如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體，故A正確；黑體的溫度升高時，一方面，各種波長的輻射強度都有增加(包括可見光和不可見光)，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋，普朗克提出能量量子理論對黑體輻射的實驗規(guī)律進行了解釋，故C錯誤，D正確．考點二能量子4．(2019·無錫市第一中學(xué)質(zhì)檢)下列宏觀概念中，是“量子化”的有()A．人的身高 B．物體的質(zhì)量C．汽車的速度 D．大象的頭數(shù)答案D解析能一份份地選取，且只能取整數(shù)，不能取小數(shù)的量均可以看作“量子化”，如大象的頭數(shù)，學(xué)生個數(shù)等，故選項D正確．5．太陽光含有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光，對這七種色光的認識正確的是()A．紫光的波長最長B．紅光的能量子最強C．七種色光的能量均相同D．紫光的能量子最強答案D解析由電磁波譜可知，紫光的波長最短，A錯誤；由ε＝hν可知，光的頻率越大光子的能量越強，因七種色光中，紫光的頻率最大，則紫光的能量子最強，B、C錯誤，D正確．6．兩束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物體表面，第一束光在某段時間內(nèi)打在物體表面的光子數(shù)與第二束光在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量之比和波長之比分別為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶4答案D解析兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，根據(jù)E＝Nε，因為E相同，可得光子能量之比為4∶5；再根據(jù)ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，光子能量與波長成反比，故光子波長之比為5∶4，故選D.7．一盞電燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長為λ＝6.0×10－7m，普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，在距電燈10m遠處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子(能量子)數(shù)約為()A．2.4×1017個 B．2.4×1016個C．2.4×1015個 D．2.4×1010個答案A解析光是電磁波，輻射能量也是一份一份進行的，100W的燈泡每秒產(chǎn)生光能E＝100J，設(shè)燈泡每秒發(fā)出的光子數(shù)為n，則E＝nhν＝nheq\f(c,λ)，在以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子數(shù)n′＝eq\f(n,4πr2)＝eq\f(Eλ,4πr2hc)≈2.4×1017個．8．(多選)(2020·衡水中學(xué)專題練習(xí))某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.5×10－6m，功率為5.0×10－3W的連續(xù)激光．已知可見光波長的數(shù)量級為10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，該激光器發(fā)出的()A．是紫外線B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10－18JD．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個答案BD解析波長的大小大于可見光的波長，屬于紅外線，故A錯誤，B正確．光子能量ε＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,1.5×10－6)J＝1.326×10－19J，故C錯誤．每秒鐘發(fā)出的光子數(shù)n＝eq\f(Pt,ε)≈3.8×1016，故D正確．9．(2019·福州第一中學(xué)校級檢測)某廣播電臺的發(fā)射功率為10kW，該電臺發(fā)射的電磁波在空氣中的波長為187.5m．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)(1)該電臺每秒從天線發(fā)射多少個光子？(2)若四面八方發(fā)射的光子視