4.1 普朗克黑体辐射理论-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步辅导与测试(人教版)

第四章 原子结构和波粒二象性 1普朗克黑体辐射理论 (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。 物理观念 (2)了解能量子假说。 科学思维 理解宏观物体和微观粒子的能量变化特点 科学态度与责任 体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、黑体与黑体辐射黑体辐射的实验规律 :3.能量的量子化：在微观世界中，微观粒子的能量 1.黑体：能够 入射的各种波长的电磁波而： 是 的，或者说微观粒子的能量是 不发生反射的物体。 的。 2.黑体辐射：黑体不反射电磁波，却可以 自主评价 电磁波。 3.黑体辐射的实验规律 ;1.判断正误 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体： (1)黑体能够完全吸收各种电磁波，但不辐射电 的 有关，如图所示。 磁波。 () 辐射强度 (2)黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体 的温度有关。 ( (3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 ( 500 (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。 () 2.情景思考 0 2μm4μm波长 很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测 黑体辐射的实验规律 者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少。你 知道其中的道理吗？ (1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都 (2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长： 视频输出 较 的方向移动。 电源 二、能量子 连接 1.定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微 多种观察方式 粒的能量只能是某一最小能量值ε的 这个不可再分的最小能量值€叫作 2.能量子的表达式：e=h,其中y是电磁波的频率， h称为 常量，h=6.626×1034J·s(一 般取h=6.63×10-34J·s)。 71 物理·选择性必修第三册 关键能力·合作探究 讲练设计探究重，点 要点1对黑体和黑体辐射的认识 [听课记录] 探究导入黑体实际上是不存在 的，只是一种理想情况，但如果 做一个闭合的空腔，在空腔表 面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，如图 针对训练 所示。 1.对人员进行体温检测，检测所用 辐射强度 (1)为什么小孔能够模拟黑体？ 体温枪的工作原理就是黑体辐 1700K (2)黑体能否向外辐射电磁波？ 射定律。黑体辐射的实验规律 如图所示，由图可知下列描述正 R1500K :300K 确的是 A.随着温度升高，各种波长的辐 024λ/um 射强度都有增加 B.随着温度降低，可能部分波长的辐射强度会 减小 探究归纳 C.随着温度升高，辐射强度的极大值向频率较小 1.黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非 的方向移动 常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物： D.随着温度降低，辐射强度的极大值向波长较短 体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼： 的方向移动 钢炉口上的小孔。一些发光的物体（如太阳、白2，下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系 炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。 的图中，符合黑体辐射实验规律的是 2.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐 辐射强度 辐射强度 射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关。 3.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点 热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐： 射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 B 热辐射特点 吸收、反射的特点 辐射强度 辐射强度 辐射电磁波的情况与温 既吸收又反射，其能力 般 度有关，与材料的种类、 与材料的种类及人射 物体 表面状况有关 波的波长等因素有关 辐射电磁波的强弱按波 完全吸收各种人射电 要点2能量子和普朗克常量 黑体 长的分布只与黑体的温 磁波，不反射 度有关 探究导入微观粒子的能量和弹簧振子的能量有 什么区别？ [典例1门“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具 有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据 黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热 辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体 探究归纳 热辐射强度I及其极大值对应的波长入的变化1，量子化的核心思想是“不连续性变化”。 情况是 ( ）2.由公式e=v可以看出能量子与电磁波的频率成 A.I增大，入增大 B.I增大，入减小 C.I减小，入增大 D.I减小，入减小 正比。根据c=v一无可知e=h发。 72 第四章原子结构和波粒二象性 3.在宏观尺度内研究物体的能量变化时，我们可以： …/名师点评/ 认为：物体的能量变化是连续的，不必考虑量子 要熟练掌握E=Pt=ne、e=hy以及c=Ay等关 化，例如物体的动能、重力势能；研究微观粒子时： 系，这些关系是解答此类问题的关键。 就必须考虑能量量子化，例如，我们将在后面学 习的原子光谱等。 针对训练 [典例2]一盏电灯发光功率为100W,假设它发3.两束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物体 出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ=6.0×： 表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光 10一7m,在距电灯10m远处，以电灯为球心的球 子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的 面上，1m2的面积每秒通过的光子数约( 光子数之比为5：4，则这两束光的光子能量之比 A.2×1017个 B.2×1016个 和波长之比分别为 ( C.2×1015个 D.2X1023个 A.4:54:5 B.5:44:5 [思维导引]根据普朗克的假设，物体辐射电磁： C.5:45:4 D.4:55:4 波是一份一份的，每一份能量为e=h。显然，如4.（多选）一激光器发光功率为P,发出的激光在折 果辐射n个能量子，那么辐射的总能量为nhv。: 射率为n的介质中波长为入。若光在真空中速度 灯丝向周围辐射的能量是均匀的，在以电灯为球 为c,普朗克常量为h,则下列叙述正确的是 心的任意一个球面上相同的时间通过的能量子 ( 的数量相同。 A.该激光在真空中的波长为n入 [听课记录] B,该波的频率为 C.该激光器在时间1内辐射的能量子数为Pmd hc D.该激光器在时间1内辐射的能量子数为PA hc 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.(多选)关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是：3.某物体发出频率为v=5.0×1014Hz的黄光，这 (): 种黄光的一个能量子的能量是 () A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是： A.e=3.3×10-15J B.e=3.3×10-17J 黑的 C.e=3.3×10-19J D.e=3.3×10-21J B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温：4.（新情景题）“神光Ⅱ装置”是目前我国规模最大 度有关外，还与材料的种类及表面状况有关： 的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温： 2400J、波长入=0.35m的紫外激光。已知普 度有关，与材料的种类及表面状况无关 朗克常量五=6.63×1034J·s,则该紫外激光所 D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小： 含光子数为多少？（真空中光速c=3×108m/s) 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 2.(多选)关于黑体辐射的实验规律，下列叙述正确 的是 ( A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有 增加 B.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 C.黑体辐射的强度与波长无关 温馨提示 请做课时分层检测（十五） D.黑体辐射无任何实验规律 73述是等价的，选项D正确。 电磁波的波长越短，A选项正确 答案ACD 答案A 素养演练·提升技能 要点2 1.解析 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 探究导入 提示：宏观弹簧振子的能昼值是连续的，而微观粒子的能 交客 昼是量子化的。 2.解析 对某物体传热，若物体对外做功，则该物体的内能可能会减[典例2]解析 光是电磁波，辐射能量也是一份一份地进行的，功率 少，选项A正确；根据热力学第二定律可知，热量也能从低温物体传 为100W的电灯每秒产生光能E=100J,设电灯每秒发射的能量子 递给高温物体，但是要引起其他的变化，选项B错误：根据热力学第 二定律可知，不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产 数为m,E=hv=h无，在以电灯为球心的半径为10m的球面上. 生其他影响，选项C正确：根据热力学第二定律可知，即使随着技术 EA 的发展，效率是100%的热机也是不可以制造出来的，选项D错误。 1m的面积每秒通过的能量子数为n= ≈2.4×1017个 4πRhc 答案 AC 答案 A 3.解析 不消耗能量而不断对外做功的第一类求动机是不可能制成：针对训练 的，因为它违背了能量守恒定律，故A正确：从单一热库吸收热量而 :3.解析两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时 对外做功的第二类求动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第 间内打到物体表面的光子数之比为5：4，根据E=Nε，因为E相 二定律，故B错误：热力学第二定律告诉我们机械能可以转化为内 hc 能，而内能在“一定的条件下”也能转化为机械能，故C错误：热量能 同，可得光子能量之比为4：5：再根据e=hv ·,光子能量与波长 从高温物体传向低温物体，在“一定的条件下”也能从低温物体传向 成反比，故光子波长之比为5：4，故D正确。 高温物体，故D错误 答案 D 答案 A 4.解析此过程虽然是气体从单一热库吸热，全部用来对外做功，但 !4,解析激光在介质中的折射率n=二 。,故激光在真空中 引起了其他变化，所以此过程不违反热力学第二定律。 答案 ,B错误：由能量关系 5.解析 A项符合热力学第一、第二定律。冷水和杯子温度不可能都 的波长=以，A正确；激光频率一无。二 变低，只能是一个升高一个降低，或温度都不变，B项描述违背了热 P1=Ne,c=入y,A=mA及e=y得N=Pn以，C正确，D错误。 力学第一定律。C项描述虽然不违背热力学第一定律，但违背了热 hc 力学第二定律。D项中冰箱消耗电能从而可以从低温环境中提取 答案AC 热量散发到温度较高的室内，不违背热力学第二定律 素养演练·提升技能 答案BC 有些黑体自身辐射电磁波，看起来还会很明亮，所以黑体不 章末综合提升 ·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 归纳提能 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 [典例1 误，C正确：电磁波最终不能从空腔射出，因此这个带小扎的空腔就 解析当快速下压活塞时，活塞对玻璃简内的空气做功，攻 变了气体的内能，气体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的 近似为一个黑体，故选项D正确。 答案 CD 棉花燃烧起来，故B正确：做功改变的是物体的内能， 温度升高是内 能增大的表现，热量是过程量，所以A、D错误：若外界对系统做功， 2.解析 黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越 同时系统对外放出热量，系统内能不一定增加，C错误。 大，故A正确；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短 的方向移动，黑体辐射的强度与波长有关，故B正确，C错误：黑体 答案B 辐射有一定的实验规律，故D错误 [「典例2]解析物体的内能与温度有关，同一物体温度越高，内能越 答案 AB 大，A正确：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，使物体内能 增加既可以通过吸收热量也可以通过对物体做功来实现，B、C错 3.解析 根据=hy=6.63×10-31×5.0×1014J≈3.3×10-1J,可知 (正确 误：物体内能是分子动能与分子势能的总和，内能增加可能只是分 答案 子势能的增加，分子平均动能可能不变，即温度可能不变，D错误。4，解析 答案 紫外激光能量子的值为 「典例3]解析该热水器将空气中的能量转移到热水中，符合能量 6。=hC=6.63×101×3X10 J≈5.68×10-1J, 守恒定律，但是热量不可能自发地从低温物体转移到高温物体，实 0.35×10-6 质上在产生热水的过程中，必须消耗电能才能实现，因此也符合热： 则该紫外激光所含光子数为 力学第二定律。故A、B、C错误，D正确。 2400 n= E 答案D 5.68×10元≈4.23×101（个）. [典例4]解析抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的，故A正确： 放水发电的过程中，有部分重力势能转化为电能，机械能不守恒，故 '; 答案4.23×1021个 2 光电效应 B错误：抽水蓄能、放水发电过程，总的能量保持不变，并不能使能 量增多，故C错误：抽水蓄能电站能够合理调节用电高峰期和低谷 必备知识·自主梳理 期的调峰问题，但是能量总量并没有增加，我们仍面临着能源危机， 一、1.电子 2.电子3，(1)饱和(2)截止(3)瞬时性4，最小值 还需节约能源，故D错误。 二、1.光子2.(1)hwy(2)逸出功W。 答案 A 三2.大于3.粒子性4.(1)么 (2)变大5.(1)电磁波 (2)粒 第四章原子结构和波粒二象性 子性 (3)波动粒子波粒二象 1普朗克黑体辐射理论 :自主评价 必备知识·自主梳理 1.(1)×(2)/(3)/ (4)×(5)× 三蓝藏紧收能算外制是隆量授分2烟 !·提示：锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发射出光电子·回 此锌板会显示正电性，验电器会因带正电荷而使金属箔片张开一定 自主评价 角度 1.(1)×(2)√(3)/(4)/ 关键能力·合作探究 2.提示：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐·要点1 射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的况探究导入提示：()说明发生了光电效应现象 就能知道这个人的体温。 (2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变 关键能力·合作探究 阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大 说明存在饱和电流 要点 (3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小 探究导入提示：(1)从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在腔 到0。说明存在遏止电压。 壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全[典例1]解析，入射光的频率小于裁止频率时，无论照射多长时间 部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。小孔只吸收电磁波，不反射 也不能产生光电流，A错误：根据c=Av,当A=0.5m时，v=6.0入 电磁波，所以小孔能够模拟黑体。 10Hz,大于裁止频率，能发生光电效应产生光电流，B正确：饱和 (2)黑体能够向外辐射电磁波 光电流和入射光的频率无关，C错误：增加电源电压，光电流不一定 「典例1门解析若人体温度升高，则人体的热辐射强度1增大，由 增加，D错误。 e=hv可知对应的频率变大，由c=y知对应的波长减小，选项B! 答案B 正确。 针对训练 答案B :1.解析锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发 针对训练 生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光 1,解析黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越 电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针 大，A正确：由题图可知，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都 也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与光的 减小，B错误：随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短 频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在 的方向移动，即向频率较大的方向移动，反之，随着温度的降低，黑· 锌板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C 体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，C、D错误。 错误：能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和 客 A 金属裁止频率之间的关系，故D错误， 2.解析黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度趣高，辐射· 答案A 越强，黑体辐射的波长分布情况也随温度而变化，温度越高，辐射的2.解析 开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极， 213