人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案3：4 1普朗克黑体辐射理论

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGE1-4.1普朗克黑体辐射理论〖学习目标〗1．了解黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的规律。2．了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。3．了解能量子概念的提出过程，体会物理学发展的艰辛。〖自主学习〗一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射，这种辐射与有关，所以叫热辐射。(2)特性：热辐射强度按波长的分布情况随物体的而有所不同。2．黑体(1)定义：某种物体能够入射的各种波长的电磁波而不发生，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关。二、黑体辐射的实验规律1．如图所示，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加。2．辐射强度的极大值向着波长的方向移动。三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。2．大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的，h是，数值h＝6.626×10－34J·s。(一般h取6.63×10－34J·s)判一判(1)黑体就是黑色的物体。()(2)黑体是一种理想模型，生活中并不存在。但有些情况物体可近似看成黑体。()(3)普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。()想一想(1)热辐射在高温下才能发生吗？(2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？(3)一般物体的热辐射与黑体辐射有什么区别？探究一：对黑体和黑体辐射的理解1．对黑体的理解(1)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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了一个绝对黑体。(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。2.对黑体辐射的理解：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称为热辐射．一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与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电磁波，不反射3．黑体辐射的实验规律在一定温度下，黑体辐射的各种波长的电磁波强度是一定的，且各种波长的电磁波强度不同，有一种波长的电磁波强度最大；随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的电磁波的强度增加，并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。例1(多选)下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波针对练习1(多选)如图所示为T1、T2温度时黑体辐射强度与波长的关系，则下列选项正确的是()A．T1>T2B．T1<T2C．随温度升高，各种波长的辐射强度都减小D．随温度升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动探究二：能量量子化1．能量子黑体的空腔壁是由大量振子(振动着的带电微粒)组成的，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如可能是ε或2ε、3ε、…。当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量(h＝6.626×10－34J·s)。2．能量的量子化在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。3．能量量子化的理解(1)物体在发射或吸收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。(3)能量子的能量ε＝hν，其中，h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。例2太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2接收的太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%。假如认为可见光的波长约为0.55μm，日地间距离R＝1.5×1011m。普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算：(1)地面上1m2面积上每秒接收到的可见光光子数？(2)太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？eq\a\vs4\al([变式训练2])某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的光的能量子数为()A.eq\f(λP,hc)B.eq\f(hP,λc)C.eq\f(cλP,h)D．λPhc课堂练习1．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．以下宏观概念，是“量子化”的是()A．木棒的长度 B．物体的质量C．物体的动量 D．学生的个数3．(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动4．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是()A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的5．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmax.根据热辐射理论，λmax与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmax＝2.90×10－3m·K.(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为()A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m(2)老鼠发出的最强热辐射属于()A．可见光波段 B．紫外波段C．红外波段 D．X射线波段

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁〖自主学习〗一、1．(1)电磁波、物体温度(2)温度2．(1)完全吸收、反射(2)温度二、2．较短三、1．整数倍2．频率、普朗克常量判一判〖提*示〗：(1)×(2)√(3)√想一想〖提*示〗：(1)任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。(2)投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与温度有关。(3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(黑体辐射：只与黑体的温度有关,一般物体辐射\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(温度,材料种类,表面状况)))⇒都有关))例1ACD〖解析〗根据热辐射的定义，A正确；因为一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．针对练习1AD〖解析〗温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，A正确，B、C错误；随着温度的升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动，D正确。例2(1)1.75×1021个(2)4.9×1044个〖解析〗(1)设地面上垂直于阳光的1m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝n·heq\f(c,λ)。解得n＝eq\f(0.45λP,hc)＝eq\f(0.45×0.55×10－6×1.4×103,6.6×10－34×3×108)个＝1.75×1021个。(2)设想一个以太阳为球心，以日地间距离为半径的大球面包围着太阳。大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2个≈4.9×1044个。针对练习2A〖解析〗光的能量子计算公式为ε＝heq\f(c,λ)，设每秒(t＝1s)激光器发出的光能量子数为n，则Pt＝nε，解得n＝eq\f(λP,hc)，故A正确，B、C、D错误。1．A〖解析〗根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素知