《普朗克黑体辐射理论》课件

1.普朗克黑体辐射理论自主落实·必备知识全过关合作探究·能力素养全提升学以致用·随堂检测全达标素养目标1.了解黑体及黑体辐射的概念．(物理观念)2．了解黑体辐射的实验规律．(物理观念)3．知道能量子概念，能说出普朗克提出的能量子假说内容．(物理观念)4．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．(物理观念)自主落实·必备知识全过关一、黑体与黑体辐射1．黑体理想化模型某种物体能够________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(1)定义：黑体虽然不反射电磁波，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温度与其他因素都无关有关．完全吸收反射辐射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有________．(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．增加较短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．热学电磁学短波区长波区长波区短波区二、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________．这个不可再分的最小能量值ε叫作________．2．能量子的表达式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．能量的量子化宏观粒子的能量可以连续变化微观粒子的能量是________的，或者说微观粒子的能量是________的．整数倍能量子普朗克常量6.626×10－34量子化分立走

进

生

活在新冠肺炎疫情防控期间，许多场所用体温枪测量人的体温，体温枪可以不接触人测得人的体温，你知道其中的原理吗？提示：人的体温越高，人体辐射的红外线的强度越强，体温枪通过接收到的被测者辐射的红外线的强度，反映人的体温．合作探究·能力素养全提升探究一黑体与黑体辐射情境探究很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可获知他的体温．你知道其中的道理吗？提示：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了人辐射的红外线的频率和强度．因此通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温．核心归纳对黑体和黑体辐射的理解(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，这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体．(2)对黑体辐射的理解：一般物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射．(3)一般物体与黑体的比较(4)现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．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，不反射应用体验例1关于黑体，下列说法中正确的是(

)A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑色的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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就可以近似为一个黑体答案：C解析：A错：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑色的．B错，C对：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．D错：小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此这个小孔可以近似为一个黑体，而不是空腔．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方向移动针对训练1.[江苏苏州大学附属中学高二下期中]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，就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(

)答案：D解析：不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高辐射强度最大值对应的波长越短，所以T1>T2，故A错误；由图像可知，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，而是处在最大与最小波长之间，故B错误；由图像可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；随着温度的升高，不同波长的光辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向波长较短的方向移动，故D正确．探究二能量子核心归纳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＝hνν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，其值为h＝6.626×10－34

J·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．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．普朗克能量量子化假设对黑体辐射的合理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吻合得非常完美．如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度按照波长分布的函数图像，小圆圈代表黑体辐射的实验值．从图像看出，两者符合性非常好．4．普朗克的能量量子化假说的意义(1)普朗克的能量子假设，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，成为物理学发展史上一个重大转折点．(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．应用体验例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＝6.0×10－7

m，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(

)A．2×1017个B．2×1016个C．2×1015个

D．2×1023个答案：A

针对训练2.2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子、100个模式的量子计算机“九章”(如图所示)，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍．关于量子，下列说法正确的是(

)A．是计算机运算的一种程序B．表示运算速度的一个单位C．表示微观世界的不连续性观念D．类似于质子、中子的微观粒子答案：C解析：A错：量子不是计算机的程序，量子是不可分割的最小的单元．B错：量子最早由普朗克提出，假设物体发射出电磁辐射能量是一份一份的，每一份被称作能量子，电磁辐射能量是其整数倍，所以量子是表示能量的单元，而非运算速度的单位．C对：量子是不可分割的最小的单元，表示微观世界的不连续性，即通常所说的“量子化”．D错：量子不是实物粒子，不是像质子、中子那样的微观粒子．3．据《自然》杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地(如图所示)探测到迄今为止最高能量的γ射线，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，则γ射线的波长多长？答案：8.88×10－22m

1、正误判断(1)黑体一定是黑色的物体。()(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。()(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。()(4)黑体是一种客观存在的物质。()(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×当堂小练2、(多选)以下宏观概念中,哪些是“量子化”的()A.物体的带电荷量 B.物体的质量C.物体的动量 D.学生的个数解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选AD。AD3、(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是()A.T1>T2B.T1<T2C.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方向移动解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出,λ1<λ2,T1>T2,本题正确选项为A、D。答案：AD规律方法：1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。4、下列叙述错误的是()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解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,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,B错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。B5、(多选)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