4.1普朗克黑体辐射-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 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 一、新课标要求 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。 3.知道能量子概念,能说出普朗克提出的能量子假说内容。 4.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点 二、科学素养要求 1.物理观念：知道黑体辐射、能量子，能解释相关现象。 2.科学思维：掌握黑体辐射的规律并能解释相关现象，提高分析问题、解决问题的能力。 3.科学探究：通过对黑体辐射规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。 4.科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神、实事求是的科学态度，培养探究科学的兴趣。 三、教材研习 要点一、黑体的辐射规律 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度①有关。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。 要点二、能量子 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②。例如，可能是或、 ……把这个不可再分的最小能量值叫作能量子。 四、自主思考 ①有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据什么道理？ ②所有粒子的能量值不是任意的，其大小与带电微粒的振动频率成正比，这种说法对吗？ 五、名师点睛 1.黑体辐射的维恩和瑞利理论解释 （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，由瑞利公式得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。 2.能量子的理解 （1）能量子公式：，其中ν是电磁波的频率，称为普朗克常量。。 （2）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。 六、互动探究 探究点一、黑体及黑体的辐射规律 【情境探究】 1.黑体辐射的强度按波长分布如下图所示。 （1）当温度从升高到时，各种波长的辐射强度怎么变化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？ （2）你认为现实生活中存在理想的黑体吗？ 【探究归纳】 1.黑体的理解 （1）黑体是一个理想化的物理模型，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，最终不能从小孔射出，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，有些可看作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 完全吸收各种入射的电磁波，不反射 3.黑体辐射的实验规律 （1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 （2）随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 （3）普朗克能量量子化假设对黑体辐射的解释： 在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符。如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度按照波长分布的函数图像，小圆圈代表黑体辐射的实验值。从图像看出，两者吻合的非常完美。 【典例1】关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是( ) A.黑体是真实存在的 B.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 C.随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱 D.黑体辐射无任何实验依据 解题感悟 黑体的理解要点 （1）黑体完全吸收电磁波而不反射电磁波，同时其本身也辐射电磁波。 （2）黑体并不一定是黑的。 （3）黑体辐射的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与其他因素无关。 【迁移应用】 1.黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是 ( ) 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 2.下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是( ) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的强度与温度无关 C.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 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 3.（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是( ) A.温度越高，物体