(讲义)第4章 1 普朗克黑体辐射理论-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册(人教版2019)

1．普朗克黑体辐射理论 1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。 2．了解能量子假说，领会科学解释中的科学假说方法。 3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。 　黑体与黑体辐射 1．黑体 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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 提醒：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．黑体辐射 (1)定义：黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。 (2)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。 3．黑体辐射的实验规律 (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着波长较短的方向移动。 4．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。 提醒：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。 如图所示是铁块在火炉中被加热至发红的情景。 【问题】 (1)热辐射在高温下才能发生吗？ (2)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？为什么？ (3)一般物体的热辐射与黑体辐射有什么区别？ 提示：(1)不是，任何温度的物体都会发生热辐射。 (2)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。 (3)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；而黑体辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关。 1．对黑体的理解 (1)黑体是一个理想化的物理模型。 (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。 2．一般物体与黑体的比较 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都有关 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 【典例1】　(2022·湖南岳阳高二上期末)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，可将其近似看成一个黑体，由它的热辐射特性就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射电磁波的波长的关系图像，则下列说法正确的是(　　) A．T1<T2 B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 D．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 D　[温度越高辐射强度最大值对应的波长越短，所以T1>T2，故A错误；由题图可知，在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B错误；由题图可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；随着温度的升高，不同波长的电磁波辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向波长较短的方向移动，故D正确。] 　要理解黑体辐射的规律：温度越高，辐射强度越大；温度越高，辐射强度最大值处的电磁波的波长越短。 [跟进训练] 1．(2022·江苏苏州南航苏州附中高二下期中)某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标f (v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T3、T4两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是(　　) A．图甲中T1>T2 B．图乙中T3<T4 C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大 D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D　[由题图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，则说明其对应的分子平均动能较大，故T2对应的温度较高，所以T1<T2，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定每一个气体分子的速率都增大，故A、C错误；题图乙中，随着温度的升高，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，则T3>T4，故B错误，D正确。] 　能量子 1．普朗克的假设 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，即能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叫作能量子。 2．能量子公式 ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，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 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。这种现象叫能量