高中物理人教版（2019）选择性必修第三册 4.1 普朗克黑体辐射理论（学案）

第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论学习目标1.了解黑体及黑体辐射的概念。

2.了解黑体辐射的实验规律，知道黑体辐射的强度与波长的关系。

3.理解能量子的概念并能进行简单的应用。重点难点重点

1.黑体辐射的实验规律。

2.能量子的概念。

难点

1.黑体辐射的实验规律的理解。

2.能量子的概念的理解。自主探究1.某种物体能够入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是，简称黑体。

2.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。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关，而一般材料的物体辐射电磁波的情况除了与有关，还与材料的及有关。

3.黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有。随着温度的升高，辐射强度的极大值向的方向移动。

4.黑体辐射的实验规律的解释：

(1)德国物理学家维恩在1896年提出了辐射强度按波长分布的理论公式，维恩公式在区与实验非常接近，在区则与实验偏离较大。

(2)英国物理学家瑞利在1900年提出了辐射强度按波长分布的理论公式，瑞利公式在区与实验基本一致，但在区与实验严重不符。

(3)德国物理学家做了多种尝试。1900年10月，他找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。

5.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，也就是认为微观粒子的能量是，或者说微观粒子的能量是的。普朗克把这个不可再分的叫作能量子。

6.能量子的表达式：ε=。这里的v是带电微粒的，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的。h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h=。

答案

1.完全吸收；绝对黑体

2.黑体辐射；温度；种类；表面状况；温度

3.增加；波长较短

4.(1)短波；长波(2)长波；短波(3)普朗克

5.整数倍；量子化的；分立；最小能量值ε6.hv；振动频率；

频率；6.62607015×10-34J·s预习检测1.判断正误。(1)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。（）

(2)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。（）

(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。（）

(4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。（）

(5)在光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。（）

(6)黑体辐射无任何规律。（）

2.在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看成黑体，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，则下列说法中正确的是（）

A.T1>T2

B.T1<T2

C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有降低

D.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3.与光子的能量成正比的是（）

A.光速B.光的频率C.光的波长D.光速的平方

4.“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结的两端加恒定电压U，则它会辐射频率为v的电磁波，且v与U成正比，即v=kU。已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为（）

A.B.C.D.答案：1.（1）√；（2）√；（3）√；（4）√；（5）×；（6）×2.AD3.B4.B

探究思考【探究一】黑体与黑体辐射

1.热辐射

我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强。

2.黑体

某种物体能够完全吸收人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。

3.黑体辐射

（1）一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。

(2)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。【探究二】黑体辐射的实验规律1.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增加。

(2)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。

2.维恩和瑞利的理论解释

(1)建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。

(2)维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。

(3)瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。【探究三】功率的理解和计算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的整数倍。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

2.能量子的表达式

ε=hv。其中，v是电磁波的频率，h称为普朗克常量，其值为h=6.62607015×10-34J・s(一般取h=6.63×10-34J·s)。3.能量的量子化

在微观世界中，能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。知识梳理1.黑体与黑体辐射

(1)黑体：如果某种物体能够完全吸收人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。

(2）黑体辐射：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)黑体辐射的特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，而对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。

2.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增加。

(2)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。

3.能量子

(1)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的整数倍。可能是ε或2ε、3ε……普朗克把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

(2)能量子的表达式为ε=hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h=6.62607015×10-34J·s。随堂训练1.关于黑体辐射，下列说法正确的是()A.温度高的物体辐射电磁波，低于0℃的物体不辐射电磁波B.物体温度升高时，热辐射短波越来越强，长波越来越弱C.维恩公式可以很好的解释黑体辐射在长波区的实验规律D.普朗克引入了能量子怕概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律2.下列说法不正确的是()A.只有温度高的物体才会有热辐射B.黑体可以向外界辐射能量C.黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射D.普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元3.黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系。此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献，如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，从中可以看出()A.温度越高，辐射电磁波的波长越短B.温度越低，辐射电磁波的波长越长C.同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强D.不同温度时辐射强度的最大值变化无规律可循4.关于对黑体的认识,下列说法正确的是(

)A.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波

B.黑体辐射电磁波的强度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

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

答案以及解析1.答案：D解析：A.任何物体都在向外辐射电磁波，故A错误。B.各种波长的电磁波辐射强度都增加，短波部分增加的多，故B错误。C.维恩公式在短波符合较好，长波差别较大，故C错误。D.普朗克引入了能量子的概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律，故D正确。故选：D。2.答案：A解析：任何物体任何温度均存在热辐射，只是温度越高，辐射的能量越多；黑体看上去不一定是黑的，黑体若有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔；黑体辐射与一般物体不同，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只依赖于黑体的温度；普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，并由此开创了物理学的新纪元。故选项BCD正确，A错误。故选A。3.答案：C解析：AB.无论温度高低，黑体都会产生所有波长的电