4.1 普朗克黑体辐射理论（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦普朗克黑体辐射理论这一核心知识点，先系统梳理黑体与黑体辐射的定义、特点及实验规律，再过渡到普朗克能量子假说，包括能量子定义、公式ε=hν及能量量子化概念，构建从现象到理论的学习支架。 该资料通过自我诊断题巩固概念，问题探究引导思考能量子不连续性，例题练习结合实际情境（如激光能量子计算），体现科学思维中的模型建构（黑体理想化模型）和科学推理（能量公式应用），课中辅助教师引导学生探究，课后帮助学生查漏补缺。

　原子结构和波粒二象性 4.1　普朗克黑体辐射理论 学习 目标 1.能说出黑体与黑体辐射，复述黑体辐射的实验规律及理论解释。 2.能复述能量子假说，领会科学解释中和科学假说方法。 3.能说出宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量化的提出对人们认识物质世界的影响。 一、黑体与黑体辐射 1.黑体 （1）定义：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反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 （2）黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。 （3）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。 2.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增加。 （2）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。 二、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的整数倍，他把不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2.能量子大小 ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。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量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 [自我诊断] 1.判断下列说法的正误 （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。（ √ ） 2.可见光波长的大致范围为400～760 nm，波长为500 nm的能量子ε＝　　　　J。 答案：3.98×10－19 一、黑体与黑体辐射 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。 2.一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、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 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。 　（多选）下列说法正确的是（　　） A.只有温度高的物体才会有热辐射 B.黑体只从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C.黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射 D.对于一般材料的物体，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状况有关 解析：选CD　任何物体任何温度均存在热辐射，只是温度越高，辐射的强度越大，A错误；黑体看上去不一定是黑的，黑体若有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔，B错误，C正确；黑体与一般物体不同，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只依赖于黑体的温度，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状况有关，D正确。 　（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（　　） A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加 C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 解析：选ACD　由图可知，随温度升高，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，当温度降低时，上述变化都将反之，故A、C、D正确，B错误。 二、能量子 [问题探究] 　某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光能量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光能量子的能量是多少？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个能量子？ 答案：能量子的能量不是连续的，而是一份一份的，E＝h。个数n＝＝。 [知识深化] 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是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－24J·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。 　对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（　　） A.以某一个最小能量值的整数倍一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量都可以是连续的 解析：选A　带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故选项A正确，B、C、D错误。 　人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量取6.63×10－34J·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：选A　绿光的能量子ε＝hν＝≈3.8×10－19 J，每秒钟最少有6个绿光的能量子射入瞳孔才能被人察觉，所以P＝6×3.8×10－19 W≈2.3×10－18 W，故A正确。 　　（1）思维程序：c＝λν→光的频率能量子的能量激光束的总能量E＝nε→能量子的个数。 （2）解决此类题目的关键是熟悉掌握ε＝hν和c＝λν及E＝nε＝Pt等公式。　　 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 解析：选CD　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，故选项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，故选项B错误，C正确；电磁波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黑体，故选项D正确。 2.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（　　） 　　　A　　　　　　　　B 解析：选A　随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知选项A正确。 3.（多选）关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（　　） A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C.能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 解析：选BC　由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A、D错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确。 4.硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为（h为普朗克常量，c为真空中的光速）（　　） A.h　　　　　　B．Nh C.NHλ0 D．2Nhλ0 解析：选B　一个光子的能量ε＝hν＝h，则N个光子的总能量E＝Nh，选项B正确。 学科网（北京）股份有限公司 $