专题15 光电效应 波粒二象性-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题15 光电效应 波粒二象性 思维导图 知识详解 知识点一、黑体与黑体辐射 1．热辐射现象 （1）定义：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，所以叫热辐射。 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，它是由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波。 （2）特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 例如：铁块 温度↑ 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色，从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。 2．黑体 （1）除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。 （2）概念：在任何温度下能全部（完全）吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，这种物体称为绝对黑体，简称黑体。 不透明的材料制成带小孔的的空腔，小孔可近似看作黑体。如图所示。 ( 黑体模型 ) 【题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。 点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。 （3）黑体辐射的特征：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。 （4）研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 （5）对黑体及黑体辐射的理解 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 的种类及入射光波长等因素有关 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 【特别提醒】（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。 3．黑体辐射的实验规律 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，如图所示。 （1）黑体热辐射的强度与波长的关系：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）解释黑体辐射的实验规律：在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。 【题2】在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要的作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为λmT＝2.90×10－3m·K。 （1）老鼠发出最强的热辐射的波长为 A．7.8×10－5m　　 B．9.4×10－6m C．1.16×10－4m D．9.7×10－8m （2）老鼠发生的最强的热辐射属于 A．可见光波段 B．紫外波段 C．红外波段 D．X射线波段 【答案】（1）B （2）C 【解析】（1）老鼠的体温T＝（273＋37）K＝310K 由题设条件λm与T的近似关系式：λmT＝2.90×10－3m·K 得λm＝＝m≈9.4×10－6m，B正确。 （2）可见光的波长范围4.0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范围，所以属于红外线，C正确。也可根据老鼠的体温不高不能辐射可见光进行判断。 【题3】图是两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图，其中两种温度大小关系为T1_____T2（选填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】大于 【解析】黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，并且向波长较短的方向移动，根据题图图象知T1>T2。 4．普朗克能量子假说——能量子——超越牛顿的发现 （1）定义：普朗克认为