4.1 普朗克黑體輻射理論（原卷版）

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【知識梳理與方法突破】1.黑體的理解（1）黑體是一個理想化的物理模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮。2.一般物體與黑體的比較項目熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律（1）溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的解釋：在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強度按照波長分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實驗結(jié)果完全相符。4.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假說的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類對微觀世界的認識推到了一個新的高度，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁?！纠亢隗w輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知（

）A．隨著溫度升高，各種波長的輻射強度都有所增加B．隨著溫度降低，各種波長的輻射強度都有所增加C．隨著溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動D．隨著溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【針對訓(xùn)練】1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是（

）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的【對點檢測】1．對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是(

)A．溫度 B．材料 C．表面狀況 D．以上都正確2．下列說法正確的是（

）A．一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體看上去一定是黑的C．在黑體輻射的實驗規(guī)律圖中，一定溫度下，黑體輻射強度有一個極大值D．在黑體輻射的實驗規(guī)律圖中，溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長增大的方向移動3．一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長，在距電燈遠處，以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過的能量子數(shù)約為（

）A．個 B．個C．個 D．個4．紅外線熱像儀可以監(jiān)測人的體溫，當被測者從儀器前走過時，便可知道被測者的體溫是多少，關(guān)于其中原理，下列說法正確的是（

）A．人的體溫會影響周圍空氣溫度，儀器通過測量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測者的溫度有關(guān)C．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較短波長的成分強D．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較長波長的成分強5．對于能量量子化的理解，下列說法正確的是（

）A．微觀粒子的能量是連續(xù)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的C．微觀粒子的能量可以取任意值D．微觀粒子的能量只能取某些分立的值6．對黑體的認識，下列說法正確的是（

）A．黑體只吸收電磁波，不輻射電磁波B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)C．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體D．黑體是一種理想化模型，實際物體沒有絕對黑體7．下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法正確的是（

）A．黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射B．黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見光和不可見光）C．黑體輻射的實驗規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來解釋D．黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋10．根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，以下判斷正確的是（

）A．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強度越大B．在同一溫度下，輻射強度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間C．溫度越高，輻射強度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強度最大的電磁波的波長越短第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【知識梳理與方法突破】1.黑體的理解（1）黑體是一個理想化的物理模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮。2.一般物體與黑體的比較項目熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律（1）溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的解釋：在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強度按照波長分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實驗結(jié)果完全相符。4.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假說的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類對微觀世界的認識推到了一個新的高度，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁?！纠亢隗w輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知（

）A．隨著溫度升高，各種波長的輻射強度都有所增加B．隨著溫度降低，各種波長的輻射強度都有所增加C．隨著溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動D．隨著溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【答案】AD【詳解】AB．黑體輻射的強度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強度越大，故A正確，B錯誤；C．隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故C錯誤；D．隨著溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動，故D正確。故選AD?！踞槍τ?xùn)練】1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是（

）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的【答案】ABC【詳解】AD．能量子假說認為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的，故A項符合題意，D項不符合題意；BC．能量子假說認為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量，為輻射的頻率，為普朗克常量，故BC兩項正確?！緦c檢測】1．對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是(

)A．溫度 B．材料 C．表面狀況 D．以上都正確【答案】A【詳解】一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)；但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強度越大，隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。故A正確，BCD錯誤。故選A。2．下列說法正確的是（

）A．一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體看上去一定是黑的C．在黑體輻射的實驗規(guī)律圖中，一定溫度下，黑體輻射強度有一個極大值D．在黑體輻射的實驗規(guī)律圖中，溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長增大的方向移動【答案】C【詳解】A．一般物體的熱輻射強度除與溫度有關(guān)之外，還與材料、表面狀況等因素有關(guān)，故A錯誤；B．黑體可以完全吸收電磁波而不發(fā)生反射，同時自身可以有較強的輻射，所以看上去不一定是黑的，故B錯誤；C．根據(jù)黑體輻射實驗規(guī)律可得，一定溫度下黑體輻射強度有一個極大值，故C正確；D．根據(jù)黑體輻射實驗規(guī)律可知，黑體熱輻射強度的極大值隨溫度的升高向波長較小的方向移動，故D錯誤。故選C。3．一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長，在距電燈遠處，以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過的能量子數(shù)約為（

）A．個 B．個C．個 D．個【答案】A【詳解】光是電磁波，輻射能量也是一份一份進行的，100W燈泡每秒產(chǎn)生光能，設(shè)燈泡每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n，則能量為在以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過的能量子數(shù)個個故A正確。故選A。4．紅外線熱像儀可以監(jiān)測人的體溫，當被測者從儀器前走過時，便可知道被測者的體溫是多少，關(guān)于其中原理，下列說法正確的是（

）A．人的體溫會影響周圍空氣溫度，儀器通過測量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射情況與被測者的溫度有關(guān)C．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較短波長的成分強D．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布情況與溫度有關(guān)，溫度高時輻射強且較長波長的成分強【答案】C【詳解】根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加；隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．人的體溫的高低，直接決定了這個人輻射的紅外線的頻率和強度，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況就可知道這個人的體溫，故C正確。故選C。5．對于能量量子化的理解，下列說法正確的是（

）A．微觀粒子的能量是連續(xù)的B．微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的C．微觀粒子的能量可以取任意值D．微觀粒子的能量只能取某些分立的值【答案】BD【詳解】AB．在微觀粒子領(lǐng)域中微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的，故A項錯誤，B項正確；CD．在微觀粒子領(lǐng)域中微觀粒子的能量是不連續(xù)變化的，只能取某些分立的值，故C項錯誤，D項正確。6．對黑體的認識，下列說法正確的是（

）A．黑體只吸收電磁波，不輻射電磁波B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)C．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體D．黑體是一種理想化模型，實際物體沒有絕對黑體【答案】BD【詳解】A．黑體吸收電磁波而不發(fā)生反射，黑體自身向外輻射電磁波，故A項錯誤；B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，B項正確；C．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔成了一個黑體，而空腔不是黑體，故C項錯誤；D．任何物體都會反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實際是不存在的，黑體是一種理想化的模型，故D項正確。7．下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法正確的是（

）A．黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射B．黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見光和不可見光）C．黑體輻射的實驗規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來解釋D．黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋【答案】ABD【詳解】A．如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。故A項正確；B．黑體的溫度升高時，一方面，各種波長的輻射強度都有增加（包括可見光和不可見光），另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。故B項正確；CD．黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋，普朗克提出能量量子化理論對黑體輻射的實驗規(guī)律進行了解釋。故C項錯誤，D項正確。10．根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，以下判斷正確的