4.1 普朗克黑体辐射理论（原卷版）

第1节普朗克黑体辐射理论【知识梳理与方法突破】1.黑体的理解（1）黑体是一个理想化的物理模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。（2）黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。2.一般物体与黑体的比较项目热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射的电磁波，不反射3.黑体辐射的实验规律（1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。（2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。（3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释：在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符。4.能量子的理解（1）物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是ℎν的整数倍。（2）微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假说的意义普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量ℎ是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。【例】黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（

）A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有所增加B．随着温度降低，各种波长的辐射强度都有所增加C．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D．随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【针对训练】1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（

）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的【对点检测】1．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(

)A．温度 B．材料 C．表面状况 D．以上都正确2．下列说法正确的是（

）A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的C．在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值D．在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动3．一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长，在距电灯远处，以电灯为球心的球面上，的面积每秒通过的能量子数约为（

）A．个 B．个C．个 D．个4．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是（

）A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强5．对于能量量子化的理解，下列说法正确的是（

）A．微观粒子的能量是连续的B．微观粒子的能量是不连续变化的C．微观粒子的能量可以取任意值D．微观粒子的能量只能取某些分立的值6．对黑体的认识，下列说法正确的是（

）A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关C．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体7．下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（

）A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射B．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光）C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释10．根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的是（

）A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间C．温度越高，辐射强度的极大值就越大D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短第1节普朗克黑体辐射理论【知识梳理与方法突破】1.黑体的理解（1）黑体是一个理想化的物理模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。（2）黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。2.一般物体与黑体的比较项目热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射的电磁波，不反射3.黑体辐射的实验规律（1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。（2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。（3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释：在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符。4.能量子的理解（1）物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是ℎν的整数倍。（2）微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假说的意义普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量ℎ是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。【例】黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（

）A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有所增加B．随着温度降低，各种波长的辐射强度都有所增加C．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D．随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【答案】AD【详解】AB．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，故A正确，B错误；C．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C错误；D．随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故D正确。故选AD。【针对训练】1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（

）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的【答案】ABC【详解】AD．能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，故A项符合题意，D项不符合题意；BC．能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量，故BC两项正确。【对点检测】1．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(

)A．温度 B．材料 C．表面状况 D．以上都正确【答案】A【详解】一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A正确，BCD错误。故选A。2．下列说法正确的是（

）A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的C．在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值D．在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动【答案】C【详解】A．一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况等因素有关，故A错误；B．黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；C．根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确；D．根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，故D错误。故选C。3．一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长，在距电灯远处，以电灯为球心的球面上，的面积每秒通过的能量子数约为（

）A．个 B．个C．个 D．个【答案】A【详解】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W灯泡每秒产生光能，设灯泡每秒发出的能量子数为n，则能量为在以电灯为球心的球面上，的面积每秒通过的能量子数个个故A正确。故选A。4．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是（

）A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强【答案】C【详解】根据热辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，故C正确。故选C。5．对于能量量子化的理解，下列说法正确的是（

）A．微观粒子的能量是连续的B．微观粒子的能量是不连续变化的C．微观粒子的能量可以取任意值D．微观粒子的能量只能取某些分立的值【答案】BD【详解】AB．在微观粒子领域中微观粒子的能量是不连续变化的，故A项错误，B项正确；CD．在微观粒子领域中微观粒子的能量是不连续变化的，只能取某些分立的值，故C项错误，D项正确。6．对黑体的认识，下列说法正确的是（

）A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关C．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体【答案】BD【详解】A．黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，故A项错误；B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，B项正确；C．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔成了一个黑体，而空腔不是黑体，故C项错误；D．任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，故D项正确。7．下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（

）A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射B．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光）C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释【答案】ABD【详解】A．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。故A项正确；B．黑体的温度升高时，一方面，各种波长的辐射强度都有增加（包括可见光和不可见光），另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故B项正确；CD．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，普朗克提出能量量子化理论对黑体辐射的实验规律进行了解释。故C项错误，D项正确。10．根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的