第4章 1 普朗克黑体辐射理论(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（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 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 反射 向外 温度 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 增加 较短 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 整数倍 能量子 普朗克常量 量子化 分立 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 04 知能达标训练 栏目导航 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 谢谢观看 栏目导航 第四章　原子结构和波粒二象性 1 [学业要求] 1．知道黑体和黑体辐射，了解黑体辐射的实验规律。 2．了解普朗克能量子的内容，领会这一科学突破过程中科学家的思想。 一、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________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 2．黑体辐射 (1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以________辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。 (2)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。 二、黑体辐射的实验规律 1．随着温度的升高，同波长的辐射强度都________。 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。 三、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__________，他把不可再分的最小能量值ε叫作__________。 2．能量子大小 ε＝________，其中ν是电磁波的频率，h称为______________。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__________的，或者说微观粒子的能量是________的。 hν 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．黑体一定是黑色的物体 B．能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体 C．温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大 D．黑体是一种客观存在的物质 答案　BC 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；黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，所以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，故B错误；黑体辐射随着波长越短、温度越高辐射越强，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。 答案　B 探究点一　黑体辐射的规律 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。 　关于黑体辐射的强度与波长的关系，图中正确的是(　　) [思路点拨]　正确理解黑体辐射的实验规律是解题关键。 [解析]　根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点，选项C、D错误；另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选项A错误，B正确。 [答案]　B 1．关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　) A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 解析　黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A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，故B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。 答案　C 探究点二　能量子 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是带电微粒的振动频率，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。 　(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 [解析]　一个光子的能量为E ＝ hν，ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系c ＝ λν，光源每秒发出的光子的个数为n＝eq \f(P,hν)＝eq \f(Pλ,hc)， P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处球面的表面积为S ＝ 4πR2，则eq \f(n,S)＝3×1014，联立以上各式解得R≈3 × 102 m，故选B。 [答案]　B ●核心素养·思维升华 (1)思维程序：c＝λν→光的频率能量子的能量eq \o(――→,\s\up7(ε＝hν),\s\do5(　))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．已知人眼瞳孔的直径为d，一秒进入瞳孔N个波长为λ的光子时就能引起视觉。若辐射功率为P的点光源能发出波长为λ的光子，则此光源能被人眼看到的最大距离是(　　) A．eq \f(d,4) eq \r(\f(Pλ,Nhc)) B．eq \f(d,2) eq \r(\f(Pλ,Nhc)) C．d eq \r(\f(Pλ,Nhc)) D．2d eq \r(\f(Pλ,Nhc)) 解析　每个能量子(光子)的能量为ε＝hν＝heq \f(c,λ)， 点光源一秒辐射的光子数为n＝eq \f(Pt,ε)＝eq \f(Ptλ,hc)， 若要引起视觉，有N＝eq \f(n,4πR2·t)×eq \f(1,4)πd2，R＝eq \f(d,4) eq \r(\f(Pλ,Nhc))。正确选项为A。 答案　A 1．(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选项正确；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，即选项B、D错误，C正确。 答案　AC 2．下列图中描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像，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 3．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　) A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W 解析　因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝eq \f(E,t)，式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq \f(c,λ)，可解得P＝6×eq \f(6.63×10－34×3×108,530×10－9) W＝2.3×10－18 W，故A正确。 答案　A 4．某广播电台发射功率为10 kW、在空气中波长为187.5 m的电磁波，则： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？ (2)若发射的能量子四面八方视为均匀的，试求在离天线2.5 km处直径为2 m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率。 解析　(1)每个能量子的能量 ε＝hν＝heq \f(c,λ)＝eq \f(6.63×10－34×3×108,187.5)J＝1.06×10－27 J， 则每秒钟电台发射上述波长的光子数 N＝eq \f(P·t,ε)＝eq \f(104×1,1.06×10－27)(个)＝1031(个)。 (2)设环状天线每秒钟接收的光子数为n个，以电台发射天线为中心，则半径为R＝2.5 km的球面积S＝4πR2，而环状天线的面积S′＝πr2， 所以n＝eq \f(πr2,4πR2)×N＝4×1023个， 接收功率P收＝eq \f(πr2,4πR2)·P＝4×10－4 W。 答案　(1)1031个　(2)4×1023个　4×10－4 W $$