4.1 普朗克黑体辐射理论（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

原子结构和波粒二象性 第1节　普朗克黑体辐射理论 第四章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学态度与责任 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。 3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 　　领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。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、黑体与黑体辐射 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。 2．黑体辐射 (1)定义：黑体虽然不____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温度有关。 ↓ 与其他因素都无关 必备知识 自主学习 完全吸收 反射 反射 辐射 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 整数倍 最小能量值ε hν 普朗克常量 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 量子化 分立 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 × √ √ √ √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 分类 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 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 CD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 ABC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ D 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ D 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ A 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ CD 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 二、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____。 2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长____的方向移动。 增加 较短 三、能量子 1．定义：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______，这个不可再分的____________叫作能量子。 2．表达式：ε＝____。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称为__________。h＝6.626 070 15×10－34 J·s。 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。 ↓ 宏观粒子的能量可以连续变化 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (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)能量子的能量不是任意的，其大小与带电微粒的振动频率成正比。(　　 　　) (5)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。(　　　　) 探究点一___黑体与黑体辐射 2．一般物体与黑体的比较 3．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】 (多选)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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体 有些黑体自身辐射电磁波，看起来还会很明亮，所以黑体不一定是黑的，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，与材料的种类及表面状况无关，B错误，C正确；电磁波最终不能从空腔射出，因此这个带小孔的空腔就近似为一个黑体，D正确。 [练1] (多选)(2024·河南南阳高二检测)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所示。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．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 D．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小 根据辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度不相同，温度越高，辐射强度越强，A错误；根据辐射强度图线可知，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，B正确；根据辐射强度图线可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，C正确；根据辐射强度图线可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，即向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，D错误。 探究点二___能源与能量耗散 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个最小能量值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。 (2)能量子表达式：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，其值为h＝6.626 070 15×10－34 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。 2．对能量量子化的理解 (1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一个状态“飞跃”地过渡到另一个状态，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。 【例2】 (多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是(　　) 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．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C．能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 能量子假说认为，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，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，A、B、C正确，D错误。 [练2] (2024·山西忻州高二期末)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．黑体不会辐射电磁波 B．温度低于0 ℃的物体不会辐射电磁波 C．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 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 一切物体都会辐射电磁波，温度越高，辐射的电磁波越强，A、B错误；普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取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，C正确，D错误。 探究点三___解决实际问题 [练3] (生活情境)(2024·河南高二校联考期中)如图所示的是一种工业用的辐射式温度计，是根据黑体辐射规律设计的，通过检测物体辐射强度，推知物体的辐射温度。如果被测物体的温度升高了，关于物体的辐射强度以及辐射强度的极大值移动方向，正确的是(　　) A．辐射强度增大，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 B．辐射强度增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．辐射强度减小，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D．辐射强度减小，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 黑体辐射的特点是随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B正确。 [练4] (科技情境)(2024·辽宁朝阳高二统考阶段练习)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1 200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 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ε＝hν 可知，能量子与电磁波的频率成正比，D错误。 1．对黑体的认识，下列说法正确的是(　　) A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B．黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种类及其表面状况有关 D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，A、B错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，D正确；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，与材料的种类及其表面状况无关，C错误。 2．在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示，这是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，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 不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高向外辐射的能量中，频率大的波越多，所以T1>T2，A错误；由题图可知，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，B错误；黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，C错误；随着温度的升高，相同波长的电磁波辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，D正确。 3．(2024·江苏南通高三检测)1900年普朗克提出了量子假说，开创了物理学的新纪元。在下列关于学生的宏观概念中，具有量子化特征的是(　　) A．人数 B．身高 C．动能 D．重力 在经典物理学中，对体系物理量变化的最小值没有限制，它们可以任意连续变化，如重力、动能、距离等。但在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定，这种物理量只能采取某些分立数值的特征叫作量子化，如人的个数只能是量子化的，而身高、动能、重力都是连续变化的。 4．(2024·江苏徐州高二期末)如图所示的是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，黑体辐射的电磁波的波长越大 B．温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关 D．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念 温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，但黑体辐射的电磁波波长并不是越大，A、B错误；一般物体的辐射强度除与温度有关外，还和物体的材料及表面状态有关，但黑体的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关，C错误；普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念，D正确。 5．(多选)下列说法正确的是(　　) A．只有高温物体才辐射电磁波 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的温度有关 D．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波 自然界的任何物体都向外辐射电磁波，温度越高，辐射电磁波的本领越强，A错误；一般材料的物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关，黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，B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，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确；能完全吸收入射的各种波长的电磁波的理想物体叫作黑体，D正确。 $$