1. 普朗克黑体辐射理论（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦普朗克黑体辐射理论，涵盖黑体与黑体辐射、实验规律及能量子假说等核心内容。通过“原子围栏”图片提问导入，从经典物理“两朵乌云”切入，衔接黑体辐射实验与理论困境，构建从宏观到微观的认知支架。 其亮点是以核心素养为导向，物理观念上明确黑体模型及能量量子化概念，科学思维通过维恩公式、瑞利-金斯公式的局限与普朗克公式的完美契合培养模型建构能力，科学态度结合普朗克贡献渗透探索精神。实例丰富如空腔小孔黑体模型、激光打标能量计算，助力学生深化微观认知，教师可借结构化内容提升教学效率。

第四章 原子结构和波粒二象性 选择性必修三•人教版 1.普朗克黑体辐射理论 量子论的建立是 20 世纪物理学的最大成就之一。量子论解释了原子、分子等微观粒子遵循的规律，这些规律和牛顿力学等宏观、低速情况下的物理规律有很大不同。量子论不但深化和丰富了人类对自然界的认识，而且催生了一 大批新技术，深刻地改变了人们的生活方式 和社会形态。 导入新课 量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？ 物理观念 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。 科学思维 了解能量子假说，领会科学解释中的科学假说方法。 科学探究 了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。 科学态度 与责任 理解量子理论对人类社会的深远影响，树立尊重科学、勇于探索的科学态度。 学习目标 重点难点 重点 1.黑体辐射的实验规律与能量子假说的核心内容 2.理解能量子假说对黑体辐射规律的解释意义 难点  理解“能量不连续”的量子化思想，以及它与经典物理“能量连续”观念的本质区别 一、黑体与黑体辐射 1.普朗克黑体辐射理论 一、黑体与黑体辐射 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家威廉·汤姆孙勋爵作了展望新世纪的发言： 科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了 黑体辐射实验 迈克尔逊莫雷实验 “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云” 一、黑体与黑体辐射 一、热辐射 1.概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。 固体在温度升高时颜色的变化 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橘红到黄白色。 一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯 昏黄色 接近白色 一、黑体与黑体辐射 2.特征：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，电磁波的短波成分增加。 注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。 3.热辐射的主要成分：室温时，主要是波长较长的电磁波；高温时，主要是波长较短的电磁波。 低温物体发出的是红外光； 炽热物体发出的是可见光； 高温物体发出的是紫外光。 物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波。 一、黑体与黑体辐射 不透明体 外来各种波长的辐射能 反射某些波长的辐射能 吸收某些波长的辐射能 （随物而异） 发射各种波长的热辐射能 （随物而异） T T 一 处 于 某 温 度 （随物而异） 热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关，太复杂了！ 怎么去研究热辐射的客观规律呢？ 实际物体热辐射的复杂性 一、黑体与黑体辐射 一、黑体与黑体辐射 1.黑体：如果一个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。 黑体是个理想化的模型 一、黑体与黑体辐射 不透明材料制成的带小孔的空腔 3.对黑体的理解： ①黑体是个理想化的模型。 ②一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。 二、黑体辐射实验定律 1.普朗克黑体辐射理论 二、黑体辐射实验定律 二、黑体辐射实验定律 特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②辐射强度的最大值向短波方向移动。 物理学家总是力图用已有的知识去解释新发现的现象和规律。那么，怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 二、黑体辐射实验定律 维恩 瑞利 瑞利 ─ 金斯线 维恩线 ①维恩的经验公式： 短波符合，长波不符合 ②瑞利 ─ 金斯公式： 长波符合，短波荒唐 ── 紫外灾难 二、黑体辐射实验定律 黑体辐射公式： 1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式。 普朗克找到的数学公式，它与实验吻合得非常完美。 三、能量子 1.普朗克黑体辐射理论 三、能量子 三、能量子 1.辐射物体中包含大量振动着的带电微粒， 它们的能量是某一最小能量的整数倍： 普朗克能量子假说 能量 量子 经典 2.叫能量子，简称量子，为量子数，它只取正整数 ——能量量子化； 3.谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量； h = 6.62610 ─34 J·s —— 普朗克常量 三、能量子 宏观世界中： 能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。 微观世界中： 微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子） 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 经典 连续 分立 三、能量子 　 　 普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界 物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克因此获1918年的诺贝尔物理学奖。 能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 四、课堂总结 1.普朗克黑体辐射理论 瑞利 ─ 金斯公式 黑体辐射：不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波 随温度的升高： 各种波长的辐射强度都在增加； 辐射强度的最大值向短波方向移动 普朗克黑体辐射理论 黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体 普朗克公式 黑体辐射的理论解释 黑体辐射的实验规律 维恩的经验公式 能量子 振动的带电微粒，它们的能量是某一最小能量ε的整数倍，ε = hν 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 五、练习与应用 5.液体 1.普朗克黑体辐射理论 五、练习与应用 1.下列说法正确的是(　　) A．只有高温物体才辐射电磁波 B．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，这个空腔就可以近似为一个黑体 C．黑体只是从外界吸收能量，并不向外界辐射能量 D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量变化可以是连续的 五、练习与应用 【答案】B 【解析】所有的物体都辐射电磁波，A错误；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，这个空腔就可以近似为一个黑体，B正确；对黑体加热时，黑体也向外界辐射电磁波，即辐射能量，且向外界辐射电磁波的强度按波长的分布与温度有关，C错误；微观粒子的能量变化是不连续的，是量子化的，D错误． 五、练习与应用 2.人们认识量子论始于对黑体辐射实验规律的解释，如图画出了T1、T2，两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是(　　) A．T1<T2 B．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 C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大， 波长长的辐射强度减小 D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律 五、练习与应用 【答案】B 【解析】对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1>T2，A错误；黑体辐射随着波长越短、温度越高则辐射越强，B正确；随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，C错误；普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，D错误． 五、练习与应用 3现在市场上常用来激光打标的是355 nm紫外纳秒固体激光器，该激光器单光子能量高，能直接打断某种材料的分子键，使之从材料表面脱离．据此判断，打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10-34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)(　　) A．10-22 J B．10-19 J C．10-16 J D．10-13 J 五、练习与应用 【答案】B 六、提升训练 4.热力学第二定律 六、提升训练 1．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物体．显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体．如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体．这是利用了 (　　) A．控制变量法 B．类比法 C．比值法 D．理想化方法 六、提升训练 【答案】D 【解析】黑体实际上是物理模型，把实际物体近似看作黑体，用到的是理想化方法，D正确，A、B、C错误． 六、提升训练 2．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，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 C D 六、提升训练 【答案】D 【解析】黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故A、C错误．黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射．即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确． 六、提升训练 3.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 六、提升训练 【答案】C 【解析】一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，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． Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $