第4章 1.普朗克黑体辐射理论-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步课件(人教版)

第四章　原子结构和波粒二象性 1．普朗克黑体辐射理论 2 学习任务 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。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 01 知识点一　黑体与黑体辐射 知识点二　能量子 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 4 1．黑体 某种物体能够_________入射的各种波长的电磁波而不发生_____，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。 知识点一　黑体与黑体辐射 完全吸收 反射 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．黑体辐射 (1)定义：黑体不反射电磁波，却可以向外_____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_____有关。 辐射 温度 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 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_____。 (2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长_____的方向移动。 增加 较短 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 4．维恩和瑞利的理论解释 (1)建立理论的基础：依据_____和_______的知识寻求黑体辐射的理论解释。 (2)维恩公式：在_______与实验非常接近，在_______则与实验偏离较大。 (3)瑞利公式：在_______与实验基本一致，但在_______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。 热学 电磁学 短波区 长波区 长波区 短波区 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 如图所示是铁块在火炉中被加热至发红的情景。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【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．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 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。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 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 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【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 √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 13 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。] 规律方法　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。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 [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 √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 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。] 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 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_______，即能的辐射或者吸收只能是_________的。这个不可再分的最小能量值ε叫作_______。 2．能量子公式 ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，h称为___________。 h＝_______________ J·s。(一般取h＝6.63×10-34 J·s) 知识点二　能量子 整数倍 一份一份 能量子 普朗克常量 6.626×10-34 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 3．能量的量子化 微观粒子的能量是_______的，或者说微观粒子的能量是_____的。这种现象叫能量的量子化。 量子化 分立 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 1．普朗克的量子化假设 (1)能量子 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，例如，可能是ε或2ε、3ε…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叫作能量子。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 (2)能量子公式：ε＝hν ν是带电微粒的振动频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值常取h＝6.626×10-34 J·s。 (3)能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．对能量量子化的理解 (1)物体在发射或接收能量的时候，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)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【典例2】　(2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10-34 J·s。R约为(　　) A．1×102 m　 B．3×102 m C．6×102 m D．9×102 m √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 B　[根据题述，点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为R的球面上单位时间所接收的光的能量等于点光源单位时间所辐射的光的能量。点光源辐射功率P＝4πR2×nE0，其中E0＝，联立解得R≈3×102 m，选项B正确。] 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 [跟进训练] 2．一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10-7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子数约为(普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s)(　　) A．2×1017个 B．2×1016个 C．2×1015个 D．2×1023个 √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 A　[光是电磁波，辐射能量是一份一份地进行的，功率为100 W的电灯每秒产生的光能E＝100 J，设电灯每秒发射的能量子数为n，则E＝nhν＝nh·，在以电灯为球心的半径为10 m的球面上，1 m2的面积每秒通过的能量子(光子)数为n′＝≈2.4×1017(个)，故A正确。] 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 学习效果·随堂评估自测 02 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 26 1．(2022·山东枣庄高二上期中)下列说法正确的是(　　) A．能量子与电磁波的频率成反比 B．电磁波波长越长，其能量子越大 C．微观粒子的能量是不连续(分立)的 D．能量子假说是由爱因斯坦最早提出来的 C　[由ε＝hν＝可知，能量子与电磁波的频率成正比，与电磁波的波长成反比，电磁波波长越长，其能量子越小，A、B错误；能量子假说是由普朗克最早提出来的，他认为微观粒子的能量是量子化的，不连续(分立)的，C正确，D错误。] √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．关于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是(　　) A．一般材料的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 B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 C．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 D．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 √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 A　[一般材料的物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A错误；黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，故B正确；根据量子化的理论，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C正确；根据黑体辐射的实验规律可知，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，故D正确。故选A。] 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 3．(多选)黑体辐射的强度与波长的关系图像如图所示，下列判断正确的是(　　) A．T1<T2<T3<T4 B．T1>T2>T3>T4 C．测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度 D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度 √ √ 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 BC　[黑体辐射的实验规律：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，所以T1>T2>T3>T4，A错误，B正确；由黑体辐射的实验规律可知，测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，C正确，D错误。] 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．黑体一定是黑色的吗？ 提示：黑体看上去并不一定是黑色的，有些可以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，如炼钢炉上的小孔。 2．黑体辐射的实验规律是什么？ 提示：①温度升高，各种波长的辐射强度都增加； ②温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 3．“能量子”概念是谁提出的？表达式如何？指出公式中每个量的含义。 提示：普朗克。表达式ε＝hν。 其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率；h是普朗克常量，一般取h＝6.63×10-34 J·s。 1．普朗克黑体辐射理论 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 $$