1.普朗克黑體輻射理論自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)合作探究·能力素養(yǎng)全提升學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.了解黑體及黑體輻射的概念．(物理觀念)2．了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律．(物理觀念)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．(物理觀念)4．了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)．(物理觀念)自主落實(shí)·必備知識全過關(guān)一、黑體與黑體輻射1．黑體理想化模型某種物體能夠________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生________，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________電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射．(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度與其他因素都無關(guān)有關(guān)．完全吸收反射輻射3．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有________．(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長________的方向移動．增加較短4．維恩和瑞利的理論解釋(1)建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)________和________的知識尋求黑體輻射的理論解釋．(2)維恩公式：在________與實(shí)驗(yàn)非常接近，在________則與實(shí)驗(yàn)偏離較大．(3)瑞利公式：在________與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在________與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符．熱學(xué)電磁學(xué)短波區(qū)長波區(qū)長波區(qū)短波區(qū)二、能量子1．普朗克的假設(shè)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________．這個不可再分的最小能量值ε叫作________．2．能量子的表達(dá)式ε＝hν，其中ν是帶電微粒的振動頻率，h稱為_________．h＝__________J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化宏觀粒子的能量可以連續(xù)變化微觀粒子的能量是________的，或者說微觀粒子的能量是________的．整數(shù)倍能量子普朗克常量6.626×10－34量子化分立走

進(jìn)

生

活在新冠肺炎疫情防控期間，許多場所用體溫槍測量人的體溫，體溫槍可以不接觸人測得人的體溫，你知道其中的原理嗎？提示：人的體溫越高，人體輻射的紅外線的強(qiáng)度越強(qiáng)，體溫槍通過接收到的被測者輻射的紅外線的強(qiáng)度，反映人的體溫．合作探究·能力素養(yǎng)全提升探究一黑體與黑體輻射情境探究很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可獲知他的體溫．你知道其中的道理嗎？提示：根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的高低，直接決定了人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度．因此通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況就知道這個人的體溫．核心歸納對黑體和黑體輻射的理解(1)對黑體的理解：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，如果在一個空腔壁上開一個小孔，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，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就可以近似為一個絕對黑體．(2)對黑體輻射的理解：一般物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領(lǐng)．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．(3)一般物體與黑體的比較(4)現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體，實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波)，也都能吸收和反射紅外線(電磁波)，絕對黑體不存在，是理想化的模型．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有關(guān)，與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)完全吸收各種入射電磁波，不反射應(yīng)用體驗(yàn)例1關(guān)于黑體，下列說法中正確的是(

)A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑色的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)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(qiáng)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可以近似為一個黑體答案：C解析：A錯：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑色的．B錯，C對：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)．D錯：小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此這個小孔可以近似為一個黑體，而不是空腔．A．T1<T2B．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大C．隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動針對訓(xùn)練1.[江蘇蘇州大學(xué)附屬中學(xué)高二下期中]在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，可將其近似看成一個黑體，由它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(qiáng)度與其輻射電磁波的波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是(

)答案：D解析：不同溫度的物體向外輻射的電磁波的波長范圍是不同的，溫度越高輻射強(qiáng)度最大值對應(yīng)的波長越短，所以T1>T2，故A錯誤；由圖像可知，同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大與最小波長之間，故B錯誤；由圖像可知，黑體的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增大，故C錯誤；隨著溫度的升高，不同波長的光輻射強(qiáng)度都會增大，同時最大輻射強(qiáng)度向波長較短的方向移動，故D正確．探究二能量子核心歸納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)能量子公式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＝6.626×10－34

J·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．在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)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．普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的合理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)果吻合得非常完美．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，兩者符合性非常好．4．普朗克的能量量子化假說的意義(1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)．(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征．應(yīng)用體驗(yàn)例2一盞電燈發(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λ＝6.0×10－7

m，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子數(shù)約為(

)A．2×1017個B．2×1016個C．2×1015個

D．2×1023個答案：A

針對訓(xùn)練2.2020年12月我國科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺76個光子、100個模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”(如圖所示)，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬億倍．關(guān)于量子，下列說法正確的是(

)A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序B．表示運(yùn)算速度的一個單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念D．類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子答案：C解析：A錯：量子不是計(jì)算機(jī)的程序，量子是不可分割的最小的單元．B錯：量子最早由普朗克提出，假設(shè)物體發(fā)射出電磁輻射能量是一份一份的，每一份被稱作能量子，電磁輻射能量是其整數(shù)倍，所以量子是表示能量的單元，而非運(yùn)算速度的單位．C對：量子是不可分割的最小的單元，表示微觀世界的不連續(xù)性，即通常所說的“量子化”．D錯：量子不是實(shí)物粒子，不是像質(zhì)子、中子那樣的微觀粒子．3．據(jù)《自然》雜志2021年5月17日報(bào)道，中國科學(xué)家在稻城“拉索”基地(如圖所示)探測到迄今為止最高能量的γ射線，其能量值ε＝1.40×1015

eV.已知普朗克常量h＝6.626×10－34

J·s，真空中光速c＝3×108

m/s，則γ射線的波長多長？答案：8.88×10－22m

1、正誤判斷(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(qiáng)度越大。()(4)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。()(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上勻速運(yùn)動的小球的動能也是量子化的。()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×當(dāng)堂小練2、(多選)以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量 B.物體的質(zhì)量C.物體的動量 D.學(xué)生的個數(shù)解析：“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選AD。AD3、(多選)在實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖像,則下列說法正確的是()A.T1>T2B.T1<T2C.隨著溫度的升高,黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動解析：一般材料的物體輻射能量的多少決定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積,而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(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,隨著溫度的升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加,輻射強(qiáng)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,本題正確選項(xiàng)為A、D。答案：AD規(guī)律方法：1.理解和熟記輻射強(qiáng)度隨波長的變化關(guān)系圖像是解答此類問題的關(guān)鍵。2.黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類和表面狀況無關(guān)。4、下列敘述錯誤的是()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.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)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)熱輻射定義可知,A對;根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)可知,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),而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān),B錯,C對;根據(jù)黑體定義知D對。本題應(yīng)選B項(xiàng)。B5、(多選)根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,以下判斷正確的是()A.在同一溫度