第4章 1. 普朗克黑体辐射理论-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第四章 原子结构和波粒二象性 第1节 普朗克黑体辐射理论 重点和难点 课标要求 重点：1.黑体、热辐射和黑体辐射的概念及黑体辐 1.了解热辐射及其特点，感悟以实验为基础的科学研 射的实验规律 究方法 2.普朗克量子假说。 2.知道黑体、黑体辐射的概念及黑体辐射的实验规律。 难点：1.对黑体辐射实验规律的理解。 3.知道能量子的概念，了解普朗克提出的能量子假说 2.普朗克能量子假说的意义及应用. 内容 01必备知识梳理。 知识点1黑体与黑体辐射 L.热辐射 卫划重点7 (1)定义：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度 L.任何物体在任何温度 有关，叫作热辐射 下都会发生热辐射，这是由物 体中的分子、原子受到激发而 (2)特性：热辐射的本质是物体向周围发射能量（称为辐射 发射电磁波导致的现象 能)，在一定时间内物体的辐射能量及这些能量按波长的分布情 2.热辐射是内能转化为 况都跟温度有关.热辐射与对流、热传导一起构成热传递的三种 电磁能的过程， 基本方式 3.除了热辐射外，物体表 2.黑体与黑体辐射 面还会吸收和反射外界射来 (1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射 的电磁波（如图所示），除光源 外，我们看到的物体的颜色就 来的电磁波.如果这些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波 是反射光的颜色 长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体 反射电磁波 (2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只 物体 辐射电磁波 与黑体的温度有关 吸收电磁波 3.对黑体的认识 (1)黑体是一个理想化的物理模型，绝对 的黑体实际上是不存在的，但可以用某种装置 近似代替.如图所示，如果在空腔壁上开一个 很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸 收，最终不能从空腔射出.这个带小孔的空腔就可以近似为一个 绝对黑体 84 第四章 原子结构和波粒二象性么组 (2)黑体看上去不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非 常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的 辐射，看起来还会明亮，如炼钢炉口上的小孔.一些发光的物体 (如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。 知识点2黑体辐射的实验规律 1.黑体辐射的实验规律 卫拓视野 黑体辐射的强度按波长的分布情况只与温度有关，且有一个 一般物体与黑体的比较 极大值.随着温度的升高： 热辐射特点吸收、反射特点 (1)各种波长的辐射强度都有增加； 辐射电磁波既吸收，又反 的情况与温射，其能力与树 一般 (2)辐射强度的极大值向波长较短的方向移动. 物体 度，材料的种料的种类及入 类及表面秋射光波长等因 根据黑体辐射强度按波长分布的情况，得到如图所示的实验 况有关 素有关 曲线 辐射电磁波 的强度按波完全吸收入射 辐射强度 黑体长的分布只的各种波长的 与黑体的温电础波，不反射 度有关 1500K 1300K 1100K 0 2 4 入红m 2.维恩和瑞利的理论解释 同敲黑板 (1)建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐 雏恩和瑞利的理论分别 射的理论解释。 符合黑体辐射的短波和长波 (2)维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验 部分，说明两种理论有一定正 偏离很大， 确性，但又各有局限，都不能 (3)瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验 完美解释黑体辐射现象， 严重不符，由该理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难” 知识点3能量子 1.定义 用划重点7 普朗克假定组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某 对能量量子化的理解 一最小能量值e的整数倍，这个不可再分的最小能量值e叫作能 物体在发射或吸收能量 量子 时，只能一份一份地进行，而 2.表达式 不是连续性的。 e=hy 85 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 其中y是带电微粒的振动频率，也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=6.63×10MJ·s 3.能量的量子化 在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量不是 连续的，只能取分立值，为能量子e的整数倍，即E=e(n叫作量 子数). 4.量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果吻合得非常完美.如图所示图线，曲 线是根据普朗克的公式作出的，小圆圈代表实验数据点。 ,辐射强度 普朗克公式 。实验数据点 1600K 012345674m 5.能量子假说的意义 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，开启了物理学 新思想的新纪元.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 口02关健能力提升- 题型】对热辐射、黑体辐射概念的理解 解析]一切物体都会辐射电磁波，绝对零 例①(2025·湖北襄阳五中高二月考)对 度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的 字宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉 电磁波越强，故选项A错误；黑体是一种理想 化模型，黑体能100%地吸收入射到其表面的 为宇宙学研究进入精密科学时代的起点.关于 电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，但 黑体辐射，下列说法正确的是(). 是黑体会向外辐射电磁波，故选项B错误；普 A.温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 朗克借助能量子假说，完美地解释了黑体辐射 B.黑体不会辐射电磁波 规律，故选项C错误；普朗克假设黑体辐射中 C.爱因斯坦提出的能量子假说能够很好 的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位 地解释黑体辐射规律 的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验 D.黑体辐射的能量是不连续的，只能是某 现象，故选项D正确. 一最小能量值的整数倍 答案D 86 第巴章原子结构和波粒二象性》么组 题型2对黑体辐射规律的理解 波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波 例2(2025·湖北武汉三中高二阶段练 的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体 习)（多选）热辐射是指所有物体在一定的温度 可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度 下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指 下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的， 垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位 故D正确。 时间内所接收到的辐射能量.在研究某一黑体 答案BD 辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐 题型3有关能量子的计算问题 射的强度与波长的关系（如图所示）.图中横轴 例③(2025·湖北宜昌夷陵中学高二月 表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波 考)纳米技术现在已经广泛应用于社会生产、 的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑 生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米 体在不同温度下( 级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官， M/(10W/m) 70 糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的 60 2200K 一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进 0 2000K 行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后 30 果.一台功率为10W的氩激光器，能发出波长 800K 600K λ=500nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次 10 “点焊”需要2×103J的能量，求： 3λm (1)每次“点焊”视网膜的时间 A向外辐射同一波长的电磁波的辐射强 (2)在这段时间内发出的激光光子的数量。 度相同 解析(1)已知激光器的功率P=10W,每 B.辐射强度的极大值随温度升高而向短 次“点焊”需要的能量E=2X10-3J,根据E= 波方向移动 C向外辐射的电磁波的总功率随温度升 P:得，每次“点焊”视网膜的时间是1= E 高而减小 2×10-3 10 s=2×10-4s. D.向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 (2)设每个光子的能量为E,则E=hv= 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 h无，在这段时间内发出的激光光子的数量n 度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度 2×103×500×109 的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B Eo hc 6.63X10-4X3X108个≈5× 正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个 1015个. 87