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課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.了解黑體及黑體輻射的概念。2.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容。4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)1.物理觀念：知道黑體輻射、能量子，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。2.科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，提高分析問題、解決問題的能力。3.科學(xué)探究：通過對黑體輻射規(guī)律的探究，揭示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)會與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家執(zhí)著探索的科學(xué)精神、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。要點(diǎn)一黑體的輻射規(guī)律黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的______①有關(guān)。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。

溫度要點(diǎn)二能量子

整數(shù)倍①有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的大體溫度，這是根據(jù)什么道理？

[答案]提示黑體輻射與溫度有關(guān)。②所有粒子的能量值不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比，這種說法對嗎？

1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋（1）建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的理論解釋。（2）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)偏離較大。（3）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，由瑞利公式得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。2.能量子的理解

探究點(diǎn)一

黑體及黑體的輻射規(guī)律黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布如下圖所示。

[答案]提示由圖可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，各種波長的輻射強(qiáng)度變強(qiáng)。輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。（2）你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎？

[答案]提示現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體，實(shí)際的物體都能輻射電磁波，也都能吸收和反射電磁波，絕對黑體不存在，是一種理想化模型。1.黑體的理解（1）黑體是一個(gè)理想化的物理模型，絕對的黑體實(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，看起來還會很明亮。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等因素有關(guān)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)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)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的解釋：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。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度按照波長分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實(shí)驗(yàn)值。從圖像看出，兩者吻合的非常完美。例關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(

)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的強(qiáng)度有些會增強(qiáng)，有些會減弱D.黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)

B解題感悟黑體的理解要點(diǎn)（1）黑體完全吸收電磁波而不反射電磁波，同時(shí)其本身也輻射電磁波。（2）黑體并不一定是黑的。（3）黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。1.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法錯(cuò)誤的是(

)A.隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動

B

[解析]由圖可知，隨溫度升高，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短的方向移動，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過來。2.（2021山東聊城高二期中）下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的是(

)A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度無關(guān)C.隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波

B探究點(diǎn)二

能量子在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運(yùn)動規(guī)律，都可以通過牛頓力學(xué)精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則，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。思考下面的問題：（1）普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對能量的認(rèn)識有什么不同?

[答案]提示宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點(diǎn)則認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)最小能量值，即能量不是連續(xù)的。（2）由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，請?jiān)诤暧^概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)的實(shí)例。

[答案]提示自然數(shù)，汽車的個(gè)數(shù)等。1.能量子的理解

例（2021山東棗莊高二期中）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

C解題感悟能量量子化的理解要點(diǎn)（1）能量只能采取某些分離數(shù)值。（2）能量只能以確定的大?。茨芰孔樱┮环菀环莸剡M(jìn)行變化。（3）能量子是不可再分的。

C

2.以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是(

)A.物體的長度 B.物體所受的重力C.物體的動能 D.人的個(gè)數(shù)

D

[解析]人的個(gè)數(shù)只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。其他三個(gè)物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的。1.（多選）關(guān)于對熱輻射的認(rèn)識，下列說法正確的是(

)A.溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)B.冷的物體只吸收電磁波C.輻射強(qiáng)度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D.常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色

AD

[解析]一切物體都在不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)；常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色。

ACD

B

B

B1.下列宏觀概念是“量子化”的是(

)A.物體的質(zhì)量 B.木棒的長度C.花生米的粒數(shù) D.物體的動量

C

[解析]花生米的粒數(shù)只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。2.（多選）以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的說法中正確的是(

)A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B.當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說明它的溫度不太高C.當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)D.早、晚時(shí)分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說明中午時(shí)分太陽溫度最高

BC

[解析]由輻射強(qiáng)度隨波長變化關(guān)系圖知，隨著溫度的升高，各種波長的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波。

BC

A

5.普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上，提出了量子理論，下列關(guān)于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(

)A.B.C.D.

D

[解析]黑體輻射的波長分布情況隨溫度而變，溫度越高各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長短的方向移動。6.（2021安徽阜陽潁東衡水實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二調(diào)研）關(guān)于對黑體的認(rèn)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