第4章 1.普朗克黑体辐射理论(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练测（人教版2019）

第四章　原子结构和波粒二象性 1.普朗克黑体辐射理论 学习目标 1.知道黑体、黑体辐射的概念。 2.了解黑体辐射的实验规律。 3.知道能量子的概念，会计算能量子大小。 4.了解普朗克量子假说 [对应学生用书第59页] 一、黑体与黑体辐射 1.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：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。 （3）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。 2.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。 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，他把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2.能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，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。 1.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）黑体一定是黑色的物体。 （×） （2）能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。 （√） （3）温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。 （√） （4）黑体是一种客观存在的物质。 （×） （5）微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 （√） （6）能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。 （√） 2.关于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是 （　　） A.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 B.一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 C.黑体辐射随着温度的升高，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 D.带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍 解析　能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故A正确；温度越高，一般物体辐射越强，所以一般物体辐射电磁波的强度按波长的分布与温度有关，故B错误；温度越高，则黑体辐射越强，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。本题选错误的，故选B。 答案　B [对应学生用书第60页] 要点一　黑体辐射的规律 　黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图所示，当温度从1 100 K升高到1 700 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？ 黑体辐射的实验规律 提示：变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。 1.一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 2.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（如图所示）。 [例1]　在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，由黑体的热辐射特性，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光波长的关系图像，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 [解析]　不同温度的物体向外辐射电磁波的波长范围是不同的，温度越高向外辐射的电磁波中波长短的波越多，所以T1＞T2，故A错误；由图像可知，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；由图像可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；由图像可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D正确。 [答案]　D 1.对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A.温度低于0 ℃的物体不会辐射电磁波 B.黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍 C.黑体不会辐射电磁波 D.爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 解析　一切物体都会辐射电磁波，温度低于0 ℃的物体会辐射电磁波，绝对零度的物体可能没有辐射，物体的温度越高，辐射的电磁波越强，故A错误；普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能是能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，故B正确；黑体是一种理想化模型，黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁波，并且不会有任何的反射与透射，但是黑体会向外辐射电磁波，故C错误；普朗克借助能量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，故D错误。 答案　B 要点二　能量子 　　某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光能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，那么每个激光能量子的能量是多少？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个能量子？ 提示：能量子的能量不是连续的，而是一份一份的，E＝h，n＝＝。 1.能量子和量子数：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，E＝nε，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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子数。就是说辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，即只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 2.能量子的能量公式：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。 3.能量子假说的意义 （1）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。 （2）普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 [例2]　对应于3.4×10－19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？ [解析]　根据公式ε＝hν和ν＝得， ν＝＝ Hz＝5.13×1014 Hz， λ＝＝ m＝5.85×10－7 m。 [答案]　5.13×1014 Hz　　5.85×10－7 m 　　（1）思维程序：c＝λν→光的频率能量子的能量激光束的总能量E＝nε→能量子的个数 （2）解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝nε＝Pt等公式。 2.对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是 （　　） A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量都可以是连续的 解析　带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故A正确，B、C、D错误。 答案　A [对应学生用书第62页] 1.（黑体辐射）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情况只与温度有关 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 解析　一切物体都在辐射电磁波，故A正确；一般物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类和表面状况有关，故B错误；黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确；能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故D正确。本题选不正确的，故选B。 答案　B 2.（能量子）以下宏观概念，哪个是“量子化”的 （　　） A.木棒的长度 B.物体的质量 C.物体的动量 D.学生的个数 解析　所谓“量子化”是不连续的，一份一份的，故D正确。 答案　D 3.（黑体辐射）下列选项中描绘的是两种温度下黑体辐射强度与波长的关系，其中符合黑体辐射实验规律的是 （　　） 解析　由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强度向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。 答案　A 4.（能量子）（多选）对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是 （　　） A.太阳光是由各种单色光组成的复合光 B.在组成太阳光的各种单色光中，其能量最强的光是红光 C.在组成太阳光的各种单色光中，其能量最强的光是紫光 D.在组成太阳光的各种单色光中，其能量都相同 解析　根据棱镜散射实验得，太阳光是由各种单色光组成的复合光，故A正确。根据能量子的概念得，光的能量与它的频率有关，而频率又等于光速除以波长，由于红光波长最长，紫光波长最短，可以得出各单色光中能量最强为紫光，能量最弱为红光，即B、D错误，C正确。 答案　AC 学科网（北京）股份有限公司 $$