《普朗克黑体辐射理论》课件

《普朗克黑体辐射理论》学习目标1．知道什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射(重点)2．知道黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系(重点)3．熟悉能量子的概念，理解能量量子化观念(难点)学法与考法学法：①通过了解黑体、黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律，领悟以实验为基础的科学探究方法；②通过了解微观世界中的量子化现象，比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点；③通过了解量子化理论的发展，领悟科学突破过程中科学家的思维方法考法：①考查对黑体、黑体辐射和黑体辐射的实验规律的理解；②考查对普朗克能量子的理解；③考查能量子的观点在实际中的应用知识导图预习导学|新知领悟1．黑体与黑体辐射(1)热辐射．物体在任何温度下，都会发射________，温度不同，所发射的电磁波的________、________也不同，这种现象叫作热辐射．热辐射与物体的________有关．(2)黑体．能够____________入射到其表面的电磁波而不产生________的物体，我们称之为绝对黑体，简称黑体．黑体、黑体辐射与黑体辐射的实验规律电磁波频率强度温度完全吸收反射2．黑体辐射的实验规律(1)黑体辐射的实验规律．黑体辐射电磁波的本领按波长的分布只与黑体的________有关．①随着温度的升高，各种波长的辐射本领都________；②随着温度的升高，辐射本领的最大值向波长______的方向移动．温度增加较短(2)维恩公式和瑞利公式．科学家从理论上解释黑体辐射的规律有维恩公式和瑞利公式．①维恩公式：德国物理学家维恩从________理论出发，得到的公式只是在__________部分与实验相符，________部分存在明显差异．②瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发，得到的公式在________部分与实验吻合，______部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射本领趋于无穷大，人们称之为“紫外灾难”．热力学短波长波长波短波黑体是指黑颜色的物体吗？温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大吗？微思考【答案】黑体看上去不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮．黑体辐射强度只和温度有关，是因为黑体不反射只吸收电磁波，而且自身还会发出电磁波；黑体辐射电磁波强度是和温度有关的，一般是温度越高辐射强度越大．

下列叙述正确的是 (

)A．只有温度高的物体在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关【答案】D【解析】根据热辐射定义知A错误；根据热辐射和黑体辐射的特点知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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，故B、C错误，D正确．1．普朗克公式德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究，推导出了普朗克公式，把它与实验数据进行比较，发现与实验结果“令人满意地相符”．能量子2．普朗克设想(1)黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一__________________hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)，式中ν为振子的频率，h是一个常量，h＝__________________.(2)最小能量hν叫作__________．在微观世界中能量_________变化，只能取_________，这种现象叫作能量的__________．最小能量值6.63×10－34J·s能量子不连续分立值量子化3．意义普朗克能量子假设，使人类对___________的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了_________的影响．微观世界革命性为了得出与实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？微思考【答案】普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍． (多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是 (

)A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍C．辐射和吸收的能量是量子化的D．辐射的能量是量子化的，吸收的能量是连续的【答案】ABC【解析】带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的．故A、B、C正确，D错误.多维课堂|

素养初培如图甲所示，某教师坐在火炉旁看书，如图乙所示，把铁块投在火炉中不断加热．对黑体与黑体辐射的实验规律的理解问题(1)在火炉旁边看书的人有什么感觉？为什么？(2)投在火炉中的铁块不断加热的过程中，颜色有什么变化？为什么？(3)有能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体吗？【答案】(1)很暖和，因为火炉中的火有热辐射．(2)铁块在随温度升高时从看不出发光到暗红到橙色到黄白色．因为热辐射与温度有关，温度越高，热辐射中较短波长的成分就越强．(3)有，这就是理想的模型——绝对黑体．1．对黑体的理解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，这个小孔就成了一个绝对黑体．2．一般物体与黑体的比较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(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：①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图所示．素养点评：通过对黑体与黑体辐射的实验规律探究，培养“物理观念”和“科学思维”的核心素养．对黑体与黑体辐射的理解精练1关于对黑体的认识，下列说法正确的是 (

)A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．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【答案】C【解析】黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误．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，B错误，C正确．小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误．变式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【答案】ACD【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．对黑体辐射的实验规律的理解A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的【答案】BD【解析】从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，故C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确．【答案】ACD【解析】本题考查的是读图的能力，由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系．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；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，随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故C、D正确．1．热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．2．黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在．3．黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理．对能量子的理解问题(1)如图甲所示，小轿车在高速公路上能量是连续变化的吗？宏观世界中的能量也是这样变化的吗？(2)微观粒子的能量能连续变化吗？它是怎样变化的？(3)图乙所示中红红的山楂可以比作“量子化”吗？【答案】(1)小轿车在高速公路上能量是连续变化，宏观世界中能量可以是任意值，是连续变化．(2)微观粒子的能量是不连续的，微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．(3)图乙所示中红红的山楂是一个一个的，可以比作“量子化”．1．概念：普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，...，nε(n为正整数，称为量子数)．也就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．能量子大小：对于频率为ν的谐振子最小能量为ε＝hν，h是普朗克常量(h＝6.626×10－34J·s)．一般取h＝6.63×10－34J·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，这种现象叫作能量的量子化．意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．3．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．(3)能量子的能量ε＝hν，其中，h是普朗克恒量，ν