2024年人教版高中物理选择性必修第三册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.docxVIP

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第四章原子结构和波粒二象性

1.普朗克黑体辐射理论

素养

目标

1.了解黑体和黑体辐射的概念及实验规律。知道能量子和微观粒子的能量变化特点。 (物理观念)

2.黑体辐射实验规律和经典电磁辐射理论的矛盾显现,普朗克将量子引入物理学,是物理学思想和观念的革命性突破。 (科学态度与责任)

教材梳理——形成观念

一黑体与黑体辐射及其实验规律

黑

体

模型

特征

某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射

模型

属性

理想化模型

黑

体

辐

射

定义

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。

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。

实验

规律

随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加。

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。

思考与判断

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,黑体辐射各种波长的电磁波的强度越大。()

4.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,与材料的种类及表面状况无关。()

提示:1错误,2、3、4正确。黑体看上去并不一定是黑色的,有些可以看成黑体的物体由于自身有较强的辐射,看上去还会很明亮。能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。根据黑体辐射规律,温度越高,黑体辐射各种波长的电磁波的强度越大。且黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。

二能量子

定义

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。

表达式

ε=hν。其中ν是带电微粒的振动频率,也是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。

h称为普朗克常量,h=6.63×10-34J·s。

能量的

量子化

微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。

思考与判断

1.能量子的能量不是任意的,其大小与带电微粒的振动频率成正比。()

2.微观粒子的能量是分立的,宏观弹簧振子的能量值是连续的。()

提示:1、2正确。能量子的计算式为ε=hν,其中h称为普朗克常量,ν是带电微粒的振动频率。微观粒子的能量只能是能量子的整数倍,即能量是分立的。而宏观弹簧振子在弹性限度内,其能量值可以是任意的即是连续的。

合作探究——提升素养

一黑体与黑体辐射及其实验规律

【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。

[交流讨论]

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】

1.黑体

(1)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)如图所示,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。

(3)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:利用分光技术和热电偶等设备,可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。如图画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系。

(1)随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,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较大。

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”。

【典题例析】

【典例1】(多选)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,最终不能从空腔射出,这个带小孔的空腔就近似为一个黑体

【解析】选C、D。有些黑体自身辐射电磁波的强度较大,看起来还会很明亮,所以黑体不一定是黑的,故选项A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与