24-25高中物理人教版选择性必修第三册讲义 18 第四章 1．普朗克黑体辐射理论

6/61．普朗克黑体辐射理论1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。2．了解能量子假说，领会科学解释中的科学假说方法。3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。黑体与黑体辐射1．黑体某种物体能够________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。提醒：黑体是在任何温度下都能全部吸收落在它上面的一切辐射的理想体。2．黑体辐射(1)定义：黑体不反射电磁波，却可以向外____电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。(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。3．黑体辐射的实验规律(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都____。(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长____的方向移动。4．维恩和瑞利的理论解释(1)建立理论的基础：依据____和______的知识寻求黑体辐射的理论解释。(2)维恩公式：在______与实验非常接近，在______则与实验偏离较大。(3)瑞利公式：在______与实验基本一致，但在______与实验严重不符。提醒：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。如图所示是铁块在火炉中被加热至发红的情景。【问题】(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？为什么？(3)一般物体的热辐射与黑体辐射有什么区别？1．对黑体的理解(1)黑体是一个理想化的物理模型。(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。2．一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都有关既吸收又反射，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【典例1】在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，可将其近似看成一个黑体，由它的热辐射特性就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射电磁波的波长的关系图像，则下列说法正确的是()A．T1<T2B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．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[听课记录]要理解黑体辐射的规律：温度越高，辐射强度越大；温度越高，辐射强度最大值处的电磁波的波长越短。[跟进训练]1．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T3、T4两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是()A．图甲中T1>T2B．图乙中T3<T4C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动能量子1．普朗克的假设组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的______，即能的辐射或者吸收只能是________的。这个不可再分的最小能量值ε叫作______。2．能量子公式ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，h称为__________。h＝______________________J·s。(一般取h＝6.63×10-34J·s)3．能量的量子化微观粒子的能量是______的，或者说微观粒子的能量是____的。这种现象叫能量的量子化。1．普朗克的量子化假设(1)能量子。振动着的带电微粒的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…当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式：ε＝hν。ν是带电微粒的振动频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值常取h＝6.626×10-34J·s。(3)能量的量子化。在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。2．对能量量子化的理解(1)物体在发射或接收能量的时候，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。【典例2】(2022·全国乙卷)一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10-34J·s。R约为()A．1×102m B．3×102mC．6×102m D．9×102m[听课记录][跟进训练]2．一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10-7m，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数约为(普朗克常量h＝6.63×10-34J·s)()A．2×1017个 B．2×1016个C．2×1015个 D．2×1023个1．下列说法正确的是()A．能量子与电磁波的频率成反比B．电磁波波长越长，其能量子越大C．微观粒子的能量是不连续(分立)的D．能量子假说是由爱因斯坦最早提出来的2．硅光电池可将光辐射的能量转化为电能，若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()A．hν B．12NhνC．Nhν D．2Nhν3．(多选)黑体辐射的强度与波长的关系图像如图