4.1 普朗克黑体辐射理论 课件 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第四章 原子结构和波粒二象性 人教版（2019）选择性必修 第三册 第一节 普朗克黑体辐射理论 课堂导入——思考与讨论 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？ 一、黑体与黑体辐射 1.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。 （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。 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。 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） 实际物体热辐射的复杂性 热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关. 大量实验结果表明，除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。 一、黑体与黑体辐射 2. 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。 不透明材料 制成的带小孔的空腔 问题1：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。这个带小孔的空腔能否看成黑体？ 能近似为一个黑体 问题2：黑体看上去都是黑色的吗？ 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线（电磁波），也能吸收和反射红外线（电磁波），绝对黑体不存在，是理想化的物理模型。 有些看作是黑体的物体由于自身较强的辐射，还会很亮，如太阳、白炽灯丝。 太阳，白炽灯灯丝近似当做黑体 一、黑体与黑体辐射 3. 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、黑体与黑体辐射 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有关，与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光波长等因素有关 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 二、黑体辐射的实验规律 1.辐射强度按波长分布与温度的关系： 特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。 2. 黑体辐射的理论解释： + + + - - - 物体中存在带电微粒 带电微粒→震动→变化的电磁场→产生电磁辐射 二、黑体辐射的实验规律 3. 经典物理学所遇到的困难： 瑞利 ─ 金斯线 维恩线 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。 二、黑体辐射的实验规律 二、黑体辐射的实验规律 4.普朗克的解释： 1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。 维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。 普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：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。 三、能量子 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、2ε、 3 ε……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。这个不可再分的能量值ε叫做能量子。 2.表达式：ε=hν ν ② h为普朗克常量，h = 6.626 × 10 -34 J · s ①ν 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。 能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现 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。（能量量子化） 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 经典 量子 连续 分立 3.能量子理解： 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。 课堂小结 黑体辐射：不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波 黑体辐射的实验原理 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 黑体辐射的实验 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 黑体辐射的实验规律 ——典例分析 【例1】对黑体的认识，下列说法正确的是 A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种 类及其表面状况有关 D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 D ——典例分析 【例2】(2024·无锡市高二检测)四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是 A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B.随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的 方向移动 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.黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况无关 D ——典例分析 【例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 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 BC ——典例分析 【例4】(来自教材改编)人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为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，普朗克常量为6.63×10-34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率是 A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W A 探究新知——典例分析 【解析】每秒至少要有6个绿光的能量子射入瞳孔，所以察觉到绿光时所接收到的最小功率为P== W≈2.3×10-18 W，故选A。 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $