高中物理(新教材)選修三課件1：4-1-普朗克黑體輻射理論 人教版

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性學(xué)習(xí)目標1.了解黑體與黑體輻射的概念。2.了解黑體輻射的實驗規(guī)律及黑體輻射電磁波的強度隨波長的分布曲線。3.知道能量子概念，能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容。4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。一、黑體與黑體輻射黑體輻射的實驗規(guī)律1.黑體：能夠_________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。2.黑體輻射：黑體不反射電磁波，卻可以___________電磁波。完全吸收向外輻射知識梳理3.黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布情況只與黑體的______有關(guān)，如圖所示。溫度4.維恩和瑞利的理論解釋(1)建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)

和

的知識尋求黑體輻射的理論解釋。(2)維恩公式：在

與實驗非常接近，在

則與實驗偏離很大。(3)瑞利公式：在

與實驗基本一致，但在

與實驗嚴重不符，由理論得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。熱學(xué)電磁學(xué)短波區(qū)長波區(qū)長波區(qū)短波區(qū)(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都______；(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較_____的方向移動．增加短二、能量子1．定義：普朗克認為，組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的_________，這個不可再分的最小能量值ε叫作_________.2．能量子表達式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為_________常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化：在微觀世界中能量是______的，或者說微觀粒子的能量是_______的．

整數(shù)倍能量子普朗克量子化分立1.某物體能完全吸收入射的各種電磁波而不反射電磁波，這個物體是黑體。?(

)2.將物體溫度升高，物體輻射電磁波的強度將變大。?(

)3.能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。?(

)4.熱輻射只能產(chǎn)生于高溫物體。?(

)5.微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。?(

)6.能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(

)√√√√?[判斷]√情景黑體實際上是不存在的，只是一種理想情況，但如果做一個閉合的空腔，在空腔表面開一個小孔，小孔就可以模擬一個黑體，如圖所示。(1)為什么小孔和空腔能夠模擬黑體？(2)黑體能否向外輻射電磁波？探究點一對黑體和黑體輻射的認識提示：

(1)從外面射來的電磁波，經(jīng)小孔射入空腔，要在腔壁上經(jīng)過多次反射，在多次反射過程中，外面射來的電磁波幾乎全部被腔壁吸收，最終不能從空腔射出，所以能夠模擬黑體。(2)黑體能夠向外輻射電磁波。1．黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔．一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當(dāng)作黑體來處理．2．黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡單，黑體輻射強度只與溫度有關(guān)．知識歸納1．黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔．一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當(dāng)作黑體來處理．2．黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡單，黑體輻射強度只與溫度有關(guān)．知識歸納3．一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點熱輻射不一定需要高溫，任何溫度都能發(fā)生熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強。在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。熱輻射特點吸收、反射的特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類、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的波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強弱按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射例1(多選)在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。如圖所示就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是(

)A.T1>T2B.T1<T2C.隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低D.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動解析：一般材料的物體輻射能量的多少決定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積，而黑體是指在任何溫度下，能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不反射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)。實驗表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本題正確選項為A、D。答案：AD例2在抗擊新冠病毒的過程中，廣泛使用了紅外體溫計測量體溫，如圖所示．下列說法正確的是 ()A．當(dāng)體溫超過37.3℃時人體才輻射紅外線B．當(dāng)體溫超過周圍空氣溫度時人體才輻射紅外線C．紅外體溫計是依據(jù)體溫計發(fā)射紅外線來測體溫的D．紅外體溫計是依據(jù)人體溫度越高，輻射的紅外線強度越大來測體溫的解析：物體在任何溫度下都可以輻射紅外線，故A、D錯誤；紅外體溫計是依據(jù)人體溫度越高輻射的紅外線強度越大來測體溫的，C錯誤，D正確．答案：D

探究點二能量子情景1.德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，于1900年推導(dǎo)出了普朗克公式。德國物理學(xué)家魯本斯把它與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”。但所有推導(dǎo)都是建立在一個最重要的假設(shè)基礎(chǔ)之上，這個假設(shè)是什么呢?2.普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同?探究點二能量子情景1.德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，于1900年推導(dǎo)出了普朗克公式。德國物理學(xué)家魯本斯把它與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”。但所有推導(dǎo)都是建立在一個最重要的假設(shè)基礎(chǔ)之上，這個假設(shè)是什么呢?2.普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同?提示1.能量量子化假設(shè)。2.宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的，每一份是一個最小能量單位，即能量不是連續(xù)的。宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的是因為每一個能量子的能量都很小，宏觀變化中有大量的能量子，就可以看作是連續(xù)的。而研究微觀粒子時，單個的能量子能量就顯示出不連續(xù)性。知識歸納1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式:ε=hνν是電磁波的頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h=6.63×10-34J·s。(3)能量的量子化:在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。3.普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的合理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。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強度按照波長分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實驗值。從圖像看出，兩者符合性非常好。4.普朗克的能量量子化假說的意義(1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。例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λ＝6.0×10－7m，在距電燈10m遠處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子數(shù)約()

A．2×1017個 B．2×1016個C．2×1015個 D．2×1023個

備用工具&資料4.普朗克的能量量子化假說的意義(1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。(3)能量的量子化:在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。一、黑體與黑體輻射黑體輻射的實驗規(guī)律1.黑體：能夠_________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。2.黑體輻射：黑體不反射電磁波，卻可以___________電磁波。完全吸收向外輻射知識梳理3.黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布情況只與黑體的______有關(guān)，如圖所示。溫度二、能量子1．定義：普朗克認為，組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的_________，這個不可再分的最小能量值ε叫作_________.2．能量子表達式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為_________常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化：在微觀世界中能量是______的，或者說微觀粒子的能量是_______的．

整數(shù)倍能量子普朗克量子化分立1.某物體能完全吸收入射的各種電磁波而不反射電磁波，這個物體是黑體。?(

)2.將物體溫度升高，物體輻射電磁波的強度將變大。?(

)3.能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。?(

)4.熱輻射只能產(chǎn)生于高溫物體。?(

)5.微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。?