第四章 第1节 普朗克黑体辐射理论-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第1节　普朗克黑体辐射理论 核心素养要求 核心素养呈现 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射． 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.了解普朗克提出的量子假说． 4.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点. 　黑体与黑体辐射 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． 2．一般材料的物体，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． 　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)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． 投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？ 提示：投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与温度有关． 　能量子 1．能量子 (1)普朗克假设：能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．辐射或吸收能量时，是以这个最小能量值为单位一份一份进行的．不可再分的最小能量值ε叫做能量子． (2)能量子大小：ε＝hν，其中h是一个常量，称为普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34 J·s，ν是电磁波的频率． 2．能量量子化 普朗克认为，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． 1．黑体就是黑色的物体．(×) 2．黑体是一种理想模型，生活中并不存在．但有些情况物体可近似看成黑体．(√) 3．普朗克的能量子假说，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．(√) 　 [思考探究] 如图，被烧红的铁钉发出红光，即辐射电磁波． (1)什么是热辐射？ (2)我们周围的物体都在进行热辐射，为什么我们只能观察到部分物体的热辐射？ (3)物体会吸收和反射外界射来的电磁波，有没有只吸收电磁波而不反射电磁波的物体？ 提示：(1)一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射． (2)不同物体辐射的电磁波的波长不同，波长较长的电磁波不能引起人的视觉，波长在某范围内的电磁波才能引起人的视觉． (3)有些物体只吸收而不反射电磁波，这种物体叫绝对黑体，简称黑体． [思维深化] 1．对黑体的理解 (1)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，这个小孔就成了一个绝对黑体． (2)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．黑体辐射的实验规律 在一定温度下，黑体辐射的各种波长的电磁波强度是一定的，且各种波长的电磁波强度不同，有一种波长的电磁波强度最大；随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的电磁波的强度增加，并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动． 　(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 解析：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． [针对训练] 1．(多选)下列叙述正确的是(　　 ) 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：ACD　根据热辐射的定义，A正确；因为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，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确． 　 [思考探究] 如图是普朗克公式与实验结果的比较，曲线是根据普朗克的公式作出的，小黑点代表实验值，与实验符合之好令人拍案叫绝． (1)微观粒子的能量是否同宏观物体的能量一样，具有连续性？ (2)普朗克的假设的内容是什么？ 提示：(1)微观粒子的能量是分立的，而不是连续的． (2)振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子． [思维深化] 1．能量子 黑体的空腔壁是由大量振子(振动着的带电微粒)组成的，其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、….当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h