第四章 1. 普朗克黑体辐射理论-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步学习方案（人教版2019）

章末整合提升 可知，气体一直从外界吸热，且气体吸收的热量等于内 【体系构建】 能增加量，选项C、E正确，D错误。 功内能等价WQ能量守恒定律热量不能自 故选BCE。 [答案]BCE 发地从低温物体传到高温物体不可能从单一热库吸收 [例3][解析]有外界的帮助和影响，热量可以从低温 热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 物体传递到高温物体，A错误：空调消耗的电能必大于 【分项提升】 室内温度降低所放出的热量，B错误：不可能通过给物 [例1][解析]物体的内能与温度有关，温度越高内能 体加热而使它运动起来，因为违背了热力学第二定律， 越大，A正确：做功和热传递在改变物体内能上是等效 D错误， 的，使物体内能增加既可以通过吸收热量也可以通过对 [答案]C 物体做功，B、C错误：物体内能是分子动能与分子势能 [针对训练] 的总和，内能增加可能只是分子势能的增加，分子平均 ;2.解析(1)A→B体积增大，气体对外界微功，A错误； 动能可能不变，即温度可能不变，D错误。 B→C体积增大，气体对外界做功，W<0,Q=0,由热力 学第一定律△U=W十Q知内能减小，温度降低，分子平 [答案]A 均动能减小，B错误；C→D,T不变，V减小，p增大，C [针对训练] 正确：D→A,V减小，外界对气体做功，W>0,Q=0, 1.B当快速下压活塞时，对玻璃筒内的空气做功，改变了 △U>0,T增大，气体分子平均速率增大，D错误。 气体的内能，使气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸 (2)由(1)可知，B→C过程内能减小。经过一个循环， 有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确；做功改变的是物体 △U=0,所以对外做功W=(63一38)kJ=25kJ。 的内能，温度升高是内能增大的表现，热量是过程量，所 答案(1)C(2)B→C25 以A、D错误：外界对系统做功可使系统内能增大，系统 [例4][解析](1)发电时水减少的势能△Ep=mg△M= 对外做功可使系统内能减小，C错误。 PShg△h,其中△M=会，一天发电两次，转化成的电能 [例)】[解析]因从a到6的T困像过原点，由学 E=2△E,×10%,P=￡，代入数值得P=5,2× C可知从a到b气体的体积不变，则从a到b气体不对 104kW. 外做功，选项A错误； (2)涨潮时，高水位水库储存水，因此闸门的开关情况为 因从a到b气体温度升高，可知气体内能增加，选项B A关B开；落潮时，低水位水库放水，所以闸门应B关 正确； A开。从能量转化的角度来说，该电站是将海水的重力 因W=0,△U>0,根据热力学第一定律 势能转化为水轮机的动能再发电。 △U-W+Q [答案](1)B(2)A关B开B关A开重力势能 第四章 原子结构和波粒二象性 1普朗克黑体辐射理论 [针对训练] 预习案必备知识·问题导学 : 1.C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 一、1.反射2.(1)向外(2)温度 二、1.增加2.较短 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错溪。 三、1.整数倍能量子2.hy普朗克常量 探究点二 3.量子化分立 [例2][解析]一个光子的能量为E=w,y为光的频 [自我诊断] 率，光的波长与频率有以下关系c=v, 1.BC 2.B能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的 光源每秒发出的光子的个数为一一 物体称为黑体，故A正确；黑体辐射随着波长越短、温 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光 度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长 源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为 的分布只与黑体的温度有关，故B错误；黑体辐射随着 R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个， 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 那么此处球面的表面积为S=4πR2,则号=3X10“, 辐射提出能量子的概念，带电微粒辐射和吸收的能量， 联立以上各式解得R≈3X102m,故选B。 只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。 [答案]B 探究案关键能力·互动探究 [针对训练 探究点一 2.A每个能量子（光子）的能量为e==h只， [例1门[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， 点光源一秒辐射的光子数为m=P-P以」 E hc 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。 若美引老视定有N-R×R=愿 [答案]B 正确选项为A。 17 @ 提升案随堂演练·基础落实 探究案关键能力·互动探究 1.AC根据棱镜散射实验得，太阳光是由各种单色光组 探究点一 成的复合光，故选项A正确；根据能量子的概念得，光 [交流讨论] 的能量与它的频率有关，而频率又等于光速除以波长， 1.答案：在一定的光照情况下，产生的光电子数量是一定 由于红光波长最长，紫光波长最短，可以得出各单色光 的。电压比较小时，光电子往任何方向运动的都有，只 中能量最强为紫光，能量最弱为红光，即选项B、D错 有一部分会打到A板：电压增大之后，如果所有从K极 误，C正确。 逸出的光电子都打到了A板，光电流就饱和。 2.A由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强 2.答案：U=0时，I≠0，因为电子有初 速度；加反向电压，如图所示：光电 度向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。 3.A因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能！ 子所受电场力方向与光电子速度 方向相反，光电子做减速运动。若 察爱。所以聚觉到绿无所接妆的最小功单P=号，式中 2=U,则1=0，式中U。为 1 E=6e,又e=h=h无，可解得P=6X 遏止电压。 速率最大的是 3.答案：实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强 6.63×10-34×3×108 弱如何，遏止电压是一样的，光的频率y改变时，遏止电 530×10-9 W=2.3×10-18W,故A正确。 压也会改变。光电子的能量只与入射光的频率有关，与 4.解析(1)每个能量子的能量 入射光的强弱无关。 e=hy=h六 -6.63×10-34×3×10J= [例1][解析]根据光电效应方程结合动能定理可知 187.5 eU.=Ex=hv-W=hv-hve 1.06×10-27J, 则每秒钟电台发射上迷波长的光子数 则U。=么-么，斜率k=名=么，解得普朗克常量 e e N=P,5=104X1 1.06×107(个)=101（个）. A-%故A正瑞：根据发因斯担光电效应方程可知 (2)设环状天线每秒钟接收的光子数为n个，以电台发 E=hy一W,纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对 射天线为中心，则半径为R=2.5km的球面积S= 应金属的逸出功比虚线大，故B错误；饱和光电流由入 4πR2,而环状天线的面积S=π2， 射光的强度决定，同一束光，即光的颜色不变的情况下， 所以n=2 入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确： 4mRXN=4X1023个， 分析图丁可知，当达到饱和光电流以后，增加光电管两 端的电压，光电流不变，故D错误。 接收功率P楼一P2·P一4×10一4W。 [答案]AC 答案(1)1031个(2)4×1023个4X10-4w [例2][解析]由光电效应实验规律知，对于某种金 属，其逸出功是一个定值，当照射光的频率一定时，光子 2光电效应 的能量是一定的，产生的光电子的最大初动能也是一定 预习案必备知识·问题导学 的，若提高照射光的频率，则产生的光电子最大初动能 一、1.答案：(1)(2)略 也将增大，要想使某种金属发生光电效应，必须使照射 2.答案：(1)使电子向A极加速有 光的频率大于其裁止频率，因刚好发生光电效应时， (2)电流增大到一定值不再增大 光电子的初功能为家，有=W,所以的=，又6 (3)电流可减小到0 [概念·规律] 后，若感射光频率≥，中入≤A0-能时能发生光电效 1.电子2.电子3.(2)饱和(4)瞬时性4.最小值 应，同一频率的光照射到不同金属上时，因各种金属的 二，1，答案：温度不很高时，电子不能大量逸出，是因为受 逸出功不相同，产生的光电子的最大初动能也不相同， 到原子核的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须 遮出功越小，电子摆脱金属的束缚也越容易，电子就离 克服这个引力做功。 金属表面时的初动能越大，若照射光的频率不变，对于 2.答案：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子 特定的金属，增加光强，不会增加光电子的最大初动能， 吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动， 因频率不变时，入射光的光子能量不变，但由于光强的 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量， 增加，入射光的光子数目增加，因而产生的光电子数目 剩余部分为光电子的初动能：只有金属表面的电子直 也随之增加。故选ABD。 接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最 [答案]ABD 大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大 [针对训练] 初动能。 1.A根据Ekm=hy一W。,可知入射光的频率不同时，电 [概念·规律] 1.光子2.(1)hvhy(2)逸出功 于的最大初动能不同又U,=E得U,=久-心。 e 可见入射光的频率y不同时，通止电压U。不同，A项正 三山方向2动量粒子性3会 痛：由U=么-”心知Uev图像的斜率k=A,与入射 四、1.波动性2.粒子性3.波粒二象性 e e e 光的频率y无关，B项错误；题图甲所示电路中，必须把 [自我诊断门 电源正负极反接，才能用来验证光电流与电压的关系， 1.C 即当电压增大到一定数值时，电流表的示数变为零， 2兴A号-w。 C项错误；根据Ekm=hv一W。可知，光电子的最大初动 能与入射光的光照强度无关，D项错误。 18第四章 原子结构和波粒二象性 普朗克黑体辐射理论 [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。 预习案必备知识·问题导学 /通教材·理知识·素养初成 一、黑体与黑体辐射 3.能量的量子化：在微观世界中能量是 1.黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种 的，或者说微观粒子的能量是 波长的电磁波而不发生 ,这种物 的。 体就是绝对黑体，简称黑体。 2.黑体辐射 [自我诊断] (1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以 1.(多选)下列说法正确的是 辐射电磁波，这样的辐射叫作黑 A.黑体一定是黑色的物体 体辐射。 B.能吸收各种电磁波而不反射电磁波的 (2)特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的 物体叫黑体 分布只与黑体的 有关。 二、黑体辐射的实验规律 C.温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大 1.随着温度的升高，同波长的辐射强度都 D.黑体是一种客观存在的物质 2.关于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是 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。 A.黑体能完全吸收入射的各种波长的电 三、能量子 1.定义 磁波而不发生反射 普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微 B.一般物体辐射电磁波的情况与温度无 粒的能量只能是某一最小能量值ε的 关，只与材料的种类及表面情况有关 ,他把不可再分的最小能量值€ C.黑体辐射随着温度的升高，各种波长的 叫作 辐射强度都增加且辐射强度的极大值 2.能量子大小 向波长较短的方向移动 E- ,其中y是电磁波的频率，h称 为 。h=6.626×10-34J·s D.带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某 (一般取h=6.63×10-34J·s)。 一最小能量值的整数倍 74 第四章原子结构和波粒二象性© 探究案关键能力·互动探究 /析考点·悟规律·素养提升 探究点一 黑体辐射的规律 1.一般物体与黑体的比较 ↑强度 强度 热辐射特点 吸收、反射特点 T3(T2>T) T(T>Ti) 既吸收又反射，其 波长 波长 辐射电磁波的情况与 能力与材料的种 温度有关，与材料的 类及人射波长等 强度 ↑强度 体 种类及表面状况有关 因素有关 T2(T3>T) T:(T:>Ti) 辐射电磁波的强度按 波长 被长 黑 完全吸收各种入 波长的分布只与黑体 射电磁波，不反射 「思路点拨]正确理解黑体辐射的实验规 的温度有关 律是解题关键。 2.黑体辐射的实验规律 。针对训练 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分 1.关于对黑体的认识，下列说法正确的是 布有一个极大值。 ( (2)随着温度的升高 A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看 ①各种波长的辐射强度都有增加； 上去是黑的 ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移 B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分 动。如图所示。 布除与温度有关外，还与材料的种 1辐射强度 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， 入/um 射人小孔的电磁波在空腔内表面经多 例1 关于黑体辐射的强度与波长的关 次反射和吸收，最终不能从小孔射出， 系，图中正确的是 ) 这个空腔就成了一个黑体 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 能量子，n就是量子数。就是说辐射或吸 量只能是某一最小能量值ε的整数倍，E= 收能量时以这个最小能量值为单位一份一 e,当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以 份地辐射或吸收，即只能从某一状态“飞 这个最小能量值为单位一份一份地辐射或 跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不 吸收，这个不可再分的最小能量值ε叫作 符合这些能量的任何一个中间状态。 75 ©物理·选择性必修第三册（配RJ版） 2.能量子的能量公式：e=hv,其中y是带电微粒 ©核心素养·思维升华 的振动频率，h称为普朗克常量。h=6.626× 10-34J·s。 (1)思维程序：c=Ay→光的频率 →能量子的 3.能量子假说的意义 能量=：激光束的总能量E=e→能量子的 (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 个数。 (2)解决此类题目的关健是熟练掌握E=hy和c= 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 Ay及E=e=P:等公式。 之一，它体现了微观世界的基本特征，架起 ○针对训练 了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 2.已知人眼瞳孔的直径为d,一秒进入瞳孔 例2(2022·全国乙卷)一点光源以 N个波长为入的光子时就能引起视觉。若 113W的功率向周围所有方向均匀地辐射 辐射功率为P的点光源能发出波长为入 波长约为6×107m的光，在离点光源 的光子，则此光源能被人眼看到的最大距 距离为R处每秒垂直通过每平方米的光 离是 ( 子数为3×1014个。普朗克常量为h= PX 6.63×10-34J·s。R约为 ( B号 A.1×102m B.3×102m C.d Pλ Pλ C.6×102m D.9×102m Nhc D.2d Nhc 提升案随堂演练·基础落实 /夯基础·提技能·素养达成 1.(多选)对一束太阳光进行分析，下列说法 辐射强度 辐射强度 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 00R 强的光是红光 D C.在组成太阳光的各种单色光中，其能量最强 3.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收 的光是紫光 D.在组成太阳光的各种单色光中，其能量 到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6 都相同 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。 2.下列图中描绘两种温度下黑体辐射强 普朗克常量为6.63×10-34J·s,光速为 度与波长关系的图像，符合黑体辐射实 3.0×103m/s,则人眼能察觉到绿光时所 验规律的是 ( 接收到的最小功率是 辐射强度 辐射强度 A.2.3×10-18W B.3.8×10-19W C.7.0×10-10W D.1.2×10-18W 76 第四章原子结构和波粒二象性© 4.某广播电台发射功率为10kW、在空气中 (2)若发射的能量子四面八方视为均匀的， 波长为187.5m的电磁波，则： 试求在离天线2.5km处直径为2m的环 (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？ 状天线每秒接收的光子个数以及接收 功率。 温 提示 请完成[知能达标训练]作业（十二） 2光电效应 [学业要求] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。 2.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。 3.了解光的波粒二象性。 丫预习案必备知识·问题导学 /通敦材·理知识·素养初成 一、光电效应的实验规律 (3)若当A接负极，K接正极时，保持光照 阅读教材，并回答： 条件不变，逐渐加大两极之间的电压，电流 1.教材节首“问题”实验中验电器指针张开 会怎样变化？ (1)这个现象说明了什么？ (2)这是一种什么现象呢？如何描述？ 小卡+十+十+年年年+★+++年年年中”中卡中++++中年+卡+中++++年年年年*+卡卡++年#年#卡卡+++年年年年卡中+++中中中年中 [概念·规律] 1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属 2.教材图4.2-1实验中 中的 从表面逸出的现象。 (1)按图连接的电路，A、K两端的电压成 2.光电子：光电效应中发射出来的 为正向电压，起到什么作用的呢？不加正 3.光电效应的实验规律 向电压电路中有电流吗？ (1)每种金属都有一个截止频率：当入射光 (2)保持光照条件不变，调节滑动变阻器逐 的频率减小到某一数值y。时，光电流消 渐加大两极之间的电压，电流会怎样变化？ 失，y。称为截止频率。 一 77