4.1普朗克黑体辐射理论-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 第一节 普朗克黑体辐射理论 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道黑体辐射、能量子，能解释相关现象。 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。 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。 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。 知识点一 　黑体与黑体辐射 导学探究： 1.什么是热辐射？这种辐射与温度有何关系？ 答案提示：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射。 辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强。 2．什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？ 答案提示：能够完全吸收各种波长的电磁波而不产生反射的物体，叫做黑体。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和表面状况)。 1.热辐射 (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。 (2)特点:热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2.黑体 (1)定义: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。 (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。 知识点二 黑体辐射的实验规律 导学探究： 1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1所示，当温度从750 K升高到6 000 K时，各种波长的电磁波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？ 图1 答案提示：变强。辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。 2.你认为现实生活中存在理想的黑体吗？ 答案提示：现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型。 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。 3.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：德国物理学家维恩从热力学理论出发，得到的公式只是在短波部分与实验相符，长波部分存在明显差异。 (3)瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发，得到的公式在长波部分与实验吻合，短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射本领趋于无穷大，人们称之为“紫外灾难”。 知识点三 能量子 导学探究： 某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光光量子的能量是多少？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个光量子？ 答案提示：光量子的能量是不连续的，而是一份一份的，每个光量子的能量ε＝hν，个数n＝＝。 1.定义：普朗克认为，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，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个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ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·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。 易错易混点1.黑体辐射的规律 易错易混点辨析： 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 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。 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 ①各种波长的辐射强度都有增加； ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 特别提示：(1)热辐射不一定需要高温，任何物体任何温度均存在热辐射，只是温度越高，辐射的能量越多，电磁波的短波成分越多。 (2)并不是所有的发光都是热辐射，如