4.1 普朗克黑体辐射理论-【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第三册）

4.1 普朗克黑体辐射理论 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.4.2 知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。 物理观念：知道黑体与黑体辐射。了解能量子假说。了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 科学思维：知道黑体（理想模型）与黑体辐射。知道黑体辐射的实验规律及理论解释。了解能量子假说。了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 科学探究：学会观察实验结果，培养学生观察、分析实验图像的能力。 科学态度与责任：体会科学解释中的科学假说方法。体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。强调假说的推论与实验事实相符的重要价值。 ( 0 2 思维导图 ) 一、黑体辐射 1、黑体 2、黑体辐射的特点 3、黑体辐射的实验规律 二、能量子 1、定义 2、能量量子化的意义 ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、 黑体与黑体辐射 1．黑体----理想模型 如果某种物体能够完全 入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生 ，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 2．黑体辐射 （1）黑体辐射的特征：研究表明,对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况与 、材料的 及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关。 （2）对黑体的理解：绝对的黑体实际上是 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，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 二、黑体辐射的实验规律 1．黑体辐射实验规律 辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为 。 黑体辐射的实验规律： 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。 (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)温度升高，各种波长的辐射强度都增加； (3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较 的方向移动。 2．黑体辐射两种经典解释 3．普朗克对黑体辐射理论解释 1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。 普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的 只能是某一最小能量值ε的整数倍。 三、能量子 1．定义：普朗克认为，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 。 2．能量子理解： 宏观世界中：能量可以是任意值， 连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。 微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特定值， 连续变化。（能量量子） 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 3．能量子计算：ε=hν ε叫能量子，简称量子 ①其中ν是电磁波的 ，波长λ=vT=v/ν,光在真空中λ=c /ν ②h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。 量子化假设的意义 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。 能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】黑体与黑体辐射及黑体辐射的实验规律 【典型例题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 【典型例题2】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（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）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 【对点训练1】下列说法正确的是（　　） A．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，与材料的种类及表面状况无关 B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波 C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强 D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物 【对点训练2】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是(　　) A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B.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 C.温度越高，辐射强度的极大值就越大 D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 【题型二】能量子 【典型例题3】（多选）在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（　　） A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波 C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量 D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关 【典型例题4】2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（    ） A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的 C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比 【对点训练3】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（　　） A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B．认为能量值是连续的 C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的 D．认为微观粒子的能量是分立的 【对点训练4】经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s) 【题型三】热辐射 【典型例题5】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （　　） A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 【典型例题6】“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　 ) A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小 【对点训练5】（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（　　） A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小 D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 【对点训练6】（多选）以下说法正确的是（　　） A．干电池电动势为，表明将的正电荷从电源负极移到正极时非静电力做功，将1.5J电能转化为了其他形式的能量 B．磁感应强度B是矢量，方向与该点的小磁针静止时N极所指的方向一致 C．在自然界中，能量的转化过程是可以自然发生的，且能量在耗散过程中会不断减少 D．一切物体都在辐射红外线，这种辐射与物体的温度有关 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是 （　　） A．外表面涂成黑色的物体就是黑体 B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波 C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体 D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说 2．黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是(　　) A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 B.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 C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波 D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波 3．下列说法正确的是（　　） A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 4．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C．T1>T2 D．T1<T2 5．能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（　　） A．库仑 B．普朗克 C．密立根 D．爱因斯坦 6．以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（ ） A.物体的长度 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.学生的个数 解析：选D, “量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。 【素养提升】 7．“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（    ） A．普朗克常量h是一个无单位的常量 B．普朗克常量h的单位等效于 C．普朗克常量h的单位等效于 D．普朗克常量h的单位等效于 8．关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（　　） A．T1>T2>T3>T4 B．T1<T2<T3<T4 C．T1=T2=T3=T4 D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度 9．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，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T1、T2两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，图乙中T1>T2 B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动 C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大 D．图乙中黑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状况有关 10．我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平。与4G 相比，5G 具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G 相比， 5G 使用的电磁波（　　） A．波长更长 B．能量子的能量更小 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 11．（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，物体辐射的电磁波越强 B．冷的物体只吸收电磁波 C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色 12.关于热辐射，下列说法不正确的是（　　） A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波 B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多 C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色 D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性 13.关于热辐射，下列叙述中正确的是(　　) A. 一切物体都在辐射电磁波 B. 任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化 D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 14.现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为（取普朗克常量，真空光速）（    ）    A． B． C． D． 【能力培优】 15.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（　　） 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．黑体的热辐射实质上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 16．中华人民共和国的标准时间是“北京时间”，而发布“北京时间”的地点在西安，因为向全国授时的钟（铯原子钟）在西安，它是我国最为精确的计时器，平均几万年或几十万年才误差1秒（s）。1s正好等于位于西安的铯原子钟的铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁时，所辐射电磁波周期的9192631770倍。若已知普朗克常量为，可见光的波长范围大约在之间，电子的电荷量为，真空中光速为。下列说法错误的是（　　） A．在国际单位制中，秒（s）是七个基本物理量之一的国际单位 B．与可见光相比，铯原子基态两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波更难发生衍射 C．两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的能量约为 D．两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的能量约为 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.1 普朗克黑体辐射理论 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.4.2 知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。 物理观念：知道黑体与黑体辐射。了解能量子假说。了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 科学思维：知道黑体（理想模型）与黑体辐射。知道黑体辐射的实验规律及理论解释。了解能量子假说。了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 科学探究：学会观察实验结果，培养学生观察、分析实验图像的能力。 科学态度与责任：体会科学解释中的科学假说方法。体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。强调假说的推论与实验事实相符的重要价值。 ( 0 2 思维导图 ) 一、黑体辐射 1、黑体 2、黑体辐射的特点 3、黑体辐射的实验规律 二、能量子 1、定义 2、能量量子化的意义 ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、 黑体与黑体辐射 1．黑体----理想模型 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）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 （1）黑体辐射的特征：研究表明,对于一般材料的物体，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的分布只与黑体的温度有关。 （2）对黑体的理解：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，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 二、黑体辐射的实验规律 1．黑体辐射实验规律 辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。 黑体辐射的实验规律： 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。 (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)温度升高，各种波长的辐射强度都增加； (3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 2．黑体辐射两种经典解释 3．普朗克对黑体辐射理论解释 1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。 普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：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。 三、能量子 1．定义：普朗克认为，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．能量子理解： 宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。 微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子） 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 3．能量子计算：ε=hν ε叫能量子，简称量子 ①其中ν是电磁波的频率，波长λ=vT=v/ν,光在真空中λ=c /ν ②h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。 量子化假设的意义 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。 能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。 ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】黑体与黑体辐射及黑体辐射的实验规律 【典型例题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 解析：选B　黑体并不是真实存在的，A错误；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，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误。 【典型例题2】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（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）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　） A． B． C． D． 答案：C 解析：两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等，且温度较高的气体分子速率大的占比更多，AB错误；黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误。 【对点训练1】下列说法正确的是（　　） A．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，与材料的种类及表面状况无关 B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波 C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强 D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物 答案：A 解析：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，与材料的种类及表面状况无关，故A正确；的物体和冷的物体都会向外辐射电磁波，故B错误；新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力比较强，但不是最强的，穿透能力最强的电磁波是γ射线，故C错误；微波并没有很强的热效应，微波炉加热食物利用的不是微波的热效应，而是利用微波可以传递能量的特点，故D错误。 【对点训练2】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是(　　) A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B.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 C.温度越高，辐射强度的极大值就越大 D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 答案　BCD 【题型二】能量子 【典型例题3】（多选）在能量子量子化研究的历程中，以下说法正确的是（　　） A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．黑体即不反射电磁波，也不向外辐射电磁波 C．能量子假说中的能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量 D．一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关 答案：AC 解析：普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫做一个能量子，能量子的能量，为带电微粒的振动频率，为普朗克常量，故AC正确；黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，故B错误；一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故D错误。 【典型例题4】2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（    ） A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的 C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D．能量子与电磁波的频率成反比 答案：C 解析：普朗克首先提出了“能量子”的概念，A错误；物体的长度是连续的，B错误；对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍，C正确；根据 ，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。 【对点训练3】（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（　　） A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的 B．认为能量值是连续的 C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的 D．认为微观粒子的能量是分立的 答案：AD 解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。 【对点训练4】经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90×10 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s) 答案 36℃，2.12×10 - 22J 解析 人体表面的温度为 T ==K ≈ 309K≈36℃ 人体辐射的能量子的值为 ε = h= 6.63×10 - 34×J = 2.12×10 - 22J 【题型三】热辐射 【典型例题5】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下 （　　） A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 答案：D 解析：由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。 【典型例题6】“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　 ) A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小 解析：选B　根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B正确。 【对点训练5】（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（　　） A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小 D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 答案：BD 解析：对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。 【对点训练6】（多选）以下说法正确的是（　　） A．干电池电动势为，表明将的正电荷从电源负极移到正极时非静电力做功，将1.5J电能转化为了其他形式的能量 B．磁感应强度B是矢量，方向与该点的小磁针静止时N极所指的方向一致 C．在自然界中，能量的转化过程是可以自然发生的，且能量在耗散过程中会不断减少 D．一切物体都在辐射红外线，这种辐射与物体的温度有关 【答案】BD 【解析】A．电源通过非静电力做功将其他形式的能量转化为电能，故A错误； B．磁感应强度B是矢量，方向与该点的小磁针静止时N极所指的方向一致，故B正确； C．在自然界中，能量的转化过程可以自然发生的，且能量在耗散过程中不会减少，故C错误； D．一切物体都在辐射红外线，这种辐射与物体的温度有关，故D正确。 故选BD。 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．2015年中国发射卫星“悟空”，用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种，关于黑体，下列说法正确的是 （　　） A．外表面涂成黑色的物体就是黑体 B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波 C．在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体 D．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说 【答案】C 【解析】黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，A、B错误；在空腔壁上开一个很小的孔，射入孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就成了黑体，C正确；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，D错误。故选C。 2．黑体辐射的强度与波长的关系如图所示，由图可知下列说法错误的是(　　) A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 B.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 C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波 D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波 答案　D 解析　由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确；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，故B正确；任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，D错误. 3．下列说法正确的是（　　） A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 答案：D 解析：任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故A错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故BC错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故D正确。 4．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像，则下列说法正确的是（　　） A．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C．T1>T2 D．T1<T2 答案：C 解析：随着温度的升高，黑体的辐射强度都会增加，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，则 5．能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是（　　） A．库仑 B．普朗克 C．密立根 D．爱因斯坦 答案：B 解析：能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克。 6．以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（ ） A.物体的长度 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.学生的个数 解析：选D, “量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。 【素养提升】 7．“千克”这一基本单位原由国际千克原器来定义。国际千克原器是1889年第一届国际计量大会批准制造的，它是一个用铂依合金制成的圆柱体，高度和直径均为，原型保存在巴黎国际计量局。因受空气污染和氧化等因素影响，国际千克原器的质量出现细微变化，已难以适应现代精密测量要求。因此科学界一直想用一种基于物理常数的定义来取代。2018年11月16日，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即。该决定已于2019年5月20日生效。此次标准实施后，国际单位制中7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，保证了国际单位的长期稳定性和通用性。以下说法正确的是（    ） A．普朗克常量h是一个无单位的常量 B．普朗克常量h的单位等效于 C．普朗克常量h的单位等效于 D．普朗克常量h的单位等效于 解析：根据，可得，则普朗克常量h的单位为，故A错误；根据牛顿第二定律可知，则故B错误； 根据功的定义可知则故C正确，D错误； 答案：C 8．关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（　　） A．T1>T2>T3>T4 B．T1<T2<T3<T4 C．T1=T2=T3=T4 D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度 答案：A 解析：因随着温度的升高，辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短方向移动，所以T1>T2>T3>T4，A正确，BC错误；测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，D错误。 9．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，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T1、T2两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，图乙中T1>T2 B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动 C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大 D．图乙中黑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状况有关 答案：B 解析：由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动。故B正确；AC错误；图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关。故D错误。 10．我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平。与4G 相比，5G 具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G 相比， 5G 使用的电磁波（　　） A．波长更长 B．能量子的能量更小 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 【答案】C 【解析】5G 使用的电磁波频率更大，传播速度不变，均为光速c，根据 则波长更短，根据 可知能量子的能量更大。 故选C。 11．（多选）关于对热辐射的认识，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，物体辐射的电磁波越强 B．冷的物体只吸收电磁波 C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色 答案：AD　 解析：一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。 12.关于热辐射，下列说法不正确的是（　　） A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波 B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多 C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色 D．辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性 答案：A 解析：物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波，以不可见的红外线为主，故A错误；随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；给一块铁块加热，随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；辐射强度按波长的分布情况随物体温度的变化而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确。 本题选错误的。 13.关于热辐射，下列叙述中正确的是(　　) A. 一切物体都在辐射电磁波 B. 任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化 D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 答案：D 解析：根据热辐射定义可知A对。根据热辐射和黑体辐射的特点可知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错。C对。根据黑体定义知D对。 14.现在市场上常用来激光打标的是355nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离。据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为（取普朗克常量，真空光速）（    ）    A． B． C． D． 【答案】B 【详解】打断该材料分子键需要的能量为该激光器单光子能量，则该激光的光子能量为 解得故选B。 【能力培优】 15.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法正确的是（　　） 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．黑体的热辐射实质上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 【答案】ACD 【详解】A．由热辐射的定义：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的性质。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射，可知一切物体都在辐射电磁波，故A正确； B．黑体辐射的特点是：理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误； CD．普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故CD正确。故选ACD。 16．中华人民共和国的标准时间是“北京时间”，而发布“北京时间”的地点在西安，因为向全国授时的钟（铯原子钟）在西安，它是我国最为精确的计时器，平均几万年或几十万年才误差1秒（s）。1s正好等于位于西安的铯原子钟的铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁时，所辐射电磁波周期的9192631770倍。若已知普朗克常量为，可见光的波长范围大约在之间，电子的电荷量为，真空中光速为。下列说法错误的是（　　） A．在国际单位制中，秒（s）是七个基本物理量之一的国际单位 B．与可见光相比，铯原子基态两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波更难发生衍射 C．两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的能量约为 D．两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的能量约为 【答案】B 【解析】A．在国际单位制中，秒（s）是七个基本物理量之一的国际单位。故A正确，与题意不符； B．根据 可得铯原子基态两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的波长为 远大于可见光的波长，所以与可见光相比，铯原子基态两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波更容易发生衍射。故B错误，与题意相符； CD．两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的能量约为 故CD正确，与题意不符。 本题选错误的故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$