第4章 第1节 普朗克黑体辐射理论-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第1节　普朗克黑体辐射理论 课程内容要求 核心素养提炼 1．知道黑体和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律． 2．知道能量子的概念，表达式以及普朗克常量，了解微观粒子的能量量子化. 1．物理观念：黑体、黑体辐射、能量子． 2．科学思维：用图像表示黑体辐射实验规律，普朗克假设和能量量子化． 3．科学态度与责任：人们对量子规律的认识. 一、黑体与黑体辐射　黑体辐射的实验规律 1．黑体：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． 2．黑体辐射：黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波． 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情况只与黑体的温度有关，如图所示． (1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加； (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． [判断] (1)黑体能够完全吸收各种电磁波，但不辐射电磁波．(　×　) (2)黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关．(　√　) 二、能量子 1．定义：普朗克认为，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．能量子表达式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·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． [判断] (1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．(　√　) (2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(　√　) 探究点一　对黑体和黑体辐射的认识 黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，如图所示 (1)为什么小孔和空腔能够模拟黑体？ (2)黑体能否向外辐射电磁波？ 提示　(1)从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出．所以能够模拟黑体． (2)黑体能够向外辐射电磁波． 1．黑体不一定是黑的，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，如炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理． 2．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关． 3．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点 热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同. 热辐射特点 吸收、反射的特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、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的波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强弱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 (多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(　　) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 ACD　[由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．] [训练1]　(2020·浙江卷·4)在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示．下列说法正确的是(　　) A．当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线 B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的 D　[物体在任何温度下都可以辐射红外线，故A、D错误；红外体温计是依据人体温度越高辐射的红外线强度越大来测体温的，C错误，D正确．] 探究点二　能量子和普朗克常量 微观粒子的能量和弹簧振子的能量有什么区别？ 提示　宏观弹簧振子的能量值是连续的，而微观粒子的能量是量子化的． 1．量子化的核心思想是“不连续性变化”． 2．由公式ε＝hν可以看出能量子与电磁波的频率成正比．根据c＝λν，ν＝，故ε＝h. 3．在宏观尺度内研究物体的能量变化时，我们可以认为：物体的能量变化是连续的，不必考虑量子化，例如物体的动能、重力势能；研究微观粒子时就必须考虑能量量子化，例如，我们将在后面学习的原子光谱等． 一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面