第4章 第1节 普朗克黑体辐射理论（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本高中物理讲义围绕普朗克黑体辐射理论，系统梳理黑体及黑体辐射的概念，黑体辐射强度按波长分布与温度的关系及维恩、瑞利理论解释，普朗克量子假说及能量子公式，构建从概念到规律再到理论突破的递进式学习支架。 资料通过判断正误题强化概念辨析，分角度结合图像、实例解析黑体辐射规律与能量子应用，体现科学思维中的模型建构与科学推理，物理观念中的能量观念。课中辅助教师引导学生理解量子化思想，课后练习题助力学生巩固知识、查漏补缺。

第1节　普朗克黑体辐射理论 　 1．知道黑体、热辐射和黑体辐射的概念。　2.了解黑体辐射的实验规律。 3．了解普朗克提出的量子假说及能量子的概念。 一、黑体与黑体辐射 1．黑体 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。一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。 二、黑体辐射的实验规律 1．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。随着温度的升高，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。 2．维恩和瑞利的理论解释 (1)维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。 (2)瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。 三、能量子 1．普朗克的假设 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。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2．能量子公式 ε＝hν，其中ν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称为普朗克常量。h＝6.626 070 15×10-34 J·s。(一般取h＝6.63×10-34 J·s) 3．能量的量子化 微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 判断下列说法是否正确。 (1)黑体辐射电磁波的强度按波长分布，只与黑体的温度有关。(　　) (2)能吸收各种波长的电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　　) (3)普朗克有关能量子的假说认为微观粒子的能量是分立的。(　　) (4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。(　　) (5)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关，也与材料的种类及表面状况有关。　(　　) (6)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√ 知识点一　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 项目 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 完全吸收入射的各种波长的电磁波，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。 角度1　黑体和黑体辐射的规律 　(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是(　　) A．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 B．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叫作黑体 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关 D．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光) [解析]　黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故A正确；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叫作黑体，故B正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，故C错误；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，可以辐射出任何频率的电磁波，故D正确。 [答案]　ABD 角度2　黑体辐射的图像 　【教材经典P68图像改编】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 [解析]　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去与温度有关外，还和物体的材料及表面状况有关，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。 [答案]　D 　【教材经典P68图像改编】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(　　) [解析]　黑体辐射中温度越高，辐射强度越大，而且温度升高后，辐射强度的最大值向波长短的一侧移动。 [答案]　A 知识点二　能量子 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)能量子公式：ε＝hν ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值常取为h＝6.626×10-34 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)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。 角度1　能量子的理解 　(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最小能量值，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 [解析]　能量子假说认为，物体发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份最小能量值，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，故A、B、C正确，D错误。 [答案]　ABC 角度2　能量子公式的应用 　(2025·河北邢台市期末)一能量子的能量是2.1×10-18 J，已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，其电磁辐射的频率为(　　) A．3.2×1015 Hz　　 B．3.2×1014 Hz C．3.2×1016 Hz D．7.2×1015 Hz [解析]　由能量子的公式ε＝hν，可得电磁辐射的频率ν＝＝ Hz≈3.2×1015 Hz。 [答案]　A 　如图所示，在河北固安举行的2024年“嘉克杯”国际焊接大赛中，一名选手在进行电焊作业，电焊弧光中含有大量波长为3×10-7m的紫外线。已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s，电子的电荷量e＝1.60×10-19 C，则该紫外线光子的能量约为(　　) A．4 eV B．5 eV C．6 eV D．7 eV [解析]　由c＝λν、E＝hν及1 eV＝1.60×10-19 J，得紫外线光子能量E＝＝ eV≈4 eV。 [答案]　A 1．(黑体和黑体辐射)关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　) A．黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布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 D．黑体不吸收电磁波，只反射电磁波 解析：选C。黑体自身辐射电磁波，但不一定是黑色的，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关，故B错误，C正确；黑体能完全吸收各种波长的电磁波而不反射电磁波，故D错误。 2．(能量子)关于对能量子的认识，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．能量子与电磁波的波长成正比 D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 解析：选B。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，故A错误，B正确；最小能量值ε＝hν＝h，ε与λ成反比，故C错误；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。 3．(能量子)(多选)关于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，下列说法正确的是(　　) A．以某一个最小能量值的整数倍为单位一份一份地辐射 B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C．吸收的能量可以是连续的 D．辐射和吸收的能量是量子化的 解析：选ABD。根据普朗克提出的理论知带电微粒辐射和吸收的能量是不连续的，是量子化的，故A、B、D正确，C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $