新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第4章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1.普朗克黑體輻射理論學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊

1.普朗克黑體輻射理論課程標(biāo)準(zhǔn)1．了解黑體及黑體輻射的概念。2．了解黑體輻射的試驗規(guī)律。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改變特點(diǎn)。素養(yǎng)目標(biāo)1．知道黑體與黑體輻射，知道黑體輻射的試驗規(guī)律及理論說明。2．了解能量子假說，了解普朗克提出的能量子假說的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究精神。3．了解宏觀物體和微觀粒子的能量改變特點(diǎn)，體會能量量子化的提出對人們相識物質(zhì)世界的影響。學(xué)問點(diǎn)1黑體與黑體輻射1．黑體(1)定義：某種物體能夠_完全汲取__入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生_反射__，這種物體就是肯定黑體，簡稱黑體。(2)黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。(3)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的_溫度__有關(guān)。2．黑體輻射的試驗規(guī)律(1)隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有_增加__。(2)隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長_較短__的方向移動?！号幸慌小?1)黑體肯定是黑色的物體。(×)(2)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。(×)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。(√)『選一選』(多選)下列敘述正確的是(AD)A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的狀況只與溫度有關(guān)C．一般物體輻射電磁波的狀況只與材料有關(guān)D．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)解析：依據(jù)熱輻射定義知A正確；依據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的狀況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯誤，D正確。『想一想』黑體肯定是黑色的嗎？答案：(1)黑體指的是在任何溫度下都能全部汲取任何波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，黑體本身也能向外輻射電磁波，并非在任何溫度下都呈黑色，例如太陽、白熾燈燈絲等，可被當(dāng)作黑體來處理。只有當(dāng)自身輻射的可見光特別微弱時看上去才是黑色。(2)黑體是一種志向模型，肯定黑體事實上是不存在的，但可以用某種裝置近似地代替。如圖所示，假如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)生多次反射和汲取，最終不能從空腔射出。這個帶小孔的空腔可近似成一個肯定黑體。學(xué)問點(diǎn)2能量子1．普朗克的假設(shè)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_整數(shù)倍__。即能的輻射或者汲取只能是_一份一份__的。這個不行再分的最小能量值ε叫作_能量子__。2．能量子公式ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為_普朗克常量__。h＝_6.626×10－34__J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·s)3．能量的量子化微觀粒子的能量是_量子化__的，或者說微觀粒子的能量是_分立__的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化?！号幸慌小?4)能量子的能量不是隨意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√)(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√)『選一選』(多選)有兩名科學(xué)家發(fā)覺了宇宙微波背景輻射的黑體形式及其溫度在不同方向上的微小改變而獲得諾貝爾獎，下列說法正確的是(ACD)A．微波是指波長在某一范圍的電磁波B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射事實上是電磁輻射D．普朗克在探討黑體的熱輻射問題時提出了能量子假說解析：微波是波長在10－3m到10m的電磁波，A正確；物體中的分子、原子受到熱激發(fā)而放射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射，所以黑體的熱輻射事實上是電磁輻射，而電磁波的傳播不須要介質(zhì)，可以在真空中傳播，B錯誤，C正確；普朗克在探討黑體的熱輻射問題時提出了能量子假說后，勝利擬合了黑體輻射試驗曲線。D正確。探究黑體輻射的規(guī)律要點(diǎn)提煉黑體輻射的試驗規(guī)律1．溫度肯定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值。2．隨著溫度的上升(1)各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；(2)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。熱輻射不肯定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出肯定的熱輻射，只是溫度低時熱輻射弱，溫度高時熱輻射強(qiáng)。典例剖析典例1(多選)(2024·山西太原師范學(xué)院附中月考)關(guān)于對黑體的相識，下列說法正確的是(CD)A．黑體只汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．假如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)多次反射和汲取，最終不能從小孔射出，這個帶小孔的空腔就可近似為一個黑體解析：黑體自身輻射電磁波，不肯定是黑的，A錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯誤，C正確；帶小孔的空腔只汲取電磁波，不反射電磁波，因此可近似為一個黑體，D正確。對點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)如圖所示為關(guān)于黑體輻射的圖像，下列推斷正確的是(BCD)A．T1<T2<T3<T4B．T1>T2>T3>T4C．測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度D．測量某黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度解析：因隨著溫度的上升，黑體輻射強(qiáng)度增加，同時輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，所以T1>T2>T3>T4，故A錯誤，B正確；測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度，故C正確；由題圖可知，黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度對應(yīng)唯一的溫度，故D正確。探究能量子要點(diǎn)提煉1．能量子和量子數(shù)：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，E＝nε，當(dāng)帶電微粒輻射或汲取能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取，這個不行再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子數(shù)。就是說輻射或汲取能量時以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取，即只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不行能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。3．能量子假說的意義(1)普朗克的能量子假說，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的相識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。(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，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁。典例剖析典例2(1)功率為P的光源向四周發(fā)出能量子，光速為c，光波的波長為λ，普朗克常量為h，求每秒發(fā)出的能量子數(shù)。(2)在離光源d處有一擋板擋光，設(shè)擋板對光是完全汲取的，且擋板正對光源，求在單位面積擋板上的能量子數(shù)。思路點(diǎn)撥：對輻射功率為P的光源輻射能量建立球面模型進(jìn)行求解。解析：(1)單個能量子能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)光源每秒輻射的能量為P，故每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n＝eq\f(P,ε)＝eq\f(Pλ,hc)。(2)光源發(fā)出的能量子勻稱分布在以光源為中心的球面上，以d為半徑作一個球面，則單位時間內(nèi)照到單位面積擋板上的能量子數(shù)為n′＝eq\f(n,4πd2)＝eq\f(Pλ,4πd2hc)。答案：(1)eq\f(Pλ,hc)(2)eq\f(Pλ,4πd2hc)方法總結(jié)：能量子問題的求解方法在應(yīng)用能量子分析求解問題時，必需明確能量子的能量為ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h是普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s。把電磁波的頻率與波長、波速的關(guān)系式(ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(v,λ介))跟能量子公式綜合起來解決問題。留意，光在不同的介質(zhì)中的傳播速度不同，當(dāng)已知光在真空中的波長λ時，要用ν＝eq\f(c,λ)求其頻率，其中c是光在真空中的傳播速度；當(dāng)已知光在某介質(zhì)中的波長為λ介時，要用ν＝eq\f(v,λ介)求其頻率，其中v是光在介質(zhì)中的傳播速度。因為c>v，故λ>λ介，而頻率ν是不變的。常見的問題求解有：(1)應(yīng)用ε＝hν＝heq\f(c,λ)計算不同波長的光的能量子；(2)應(yīng)用λ＝heq\f(c,ε)計算光的波長；(3)應(yīng)用E＝nε＝nhν＝nheq\f(c,λ)計算光子數(shù)。對點(diǎn)訓(xùn)練?以下宏觀概念，屬于“量子化”的是(D)A．木棒的長度 B．物體的質(zhì)量C．物體的動量 D．學(xué)生的個數(shù)解析：所謂“量子化”是指不連續(xù)的狀況，而選項A、B、C中的概念作為宏觀物體的特性，具有連續(xù)性，選項D中的學(xué)生個數(shù)不具有連續(xù)性，因此選D。一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)汲取、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的狀況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既汲取又反射，其實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(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全汲取各種入射電磁波，不反射(1)黑體是一個志向化的物理模型，實際不存在；(2)黑體看上去不肯定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很光明。案例(2024·黑龍江綏化市第一中學(xué)高二期中)關(guān)于黑體輻射的試驗規(guī)律不正確的有(D)A．隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加B．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動C．能正確說明黑體輻射試驗規(guī)律的是普朗克提出的能量量子化理論D．對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是溫度、材料、表面狀況解析：黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，故A正確；隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故B正確；能正確說明黑體輻射試驗規(guī)律的是普朗克提出的能量量子化理論，故C正確；對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是溫度，與材料、表面狀況無關(guān)，故D錯誤。一、黑體與黑體輻射1．(多選)(2024·甘肅張掖臨澤縣第一中學(xué)高二期中)依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律，以下推斷正確的是(BCD)A．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B．在同一溫度下，輻射強(qiáng)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(qiáng)度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長越短解析：在同一溫度下，輻射強(qiáng)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，故A錯誤，B正確；黑體輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，則輻射強(qiáng)度的極大值也就越大，故C正確；隨著溫度的上升，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故D正確。2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(B)A．黑體是真實存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度上升，黑體輻射的各波長的強(qiáng)度有些會增加，有些會減弱D．黑體輻射無任何試驗依據(jù)解析：黑體并不是真實存在的，A錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，故C錯誤；黑體輻射是有試驗依據(jù)的，故D錯誤。3．(多選)(2024·江蘇宿遷模擬)關(guān)于黑體和黑體輻射，下列敘述正確的是(BC)A．愛因斯坦通過探討黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一B．黑體能完全汲取入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)D．黑體輻射隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動解析：普朗克通過探討黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，故A錯誤；依據(jù)黑體的特點(diǎn)可知，黑體能完全汲取入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波，故B正確；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，溫度上升時，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。二、能量子4．(多選)(2024·上海高三二模)1900年德國物理學(xué)家普朗克在探討黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說。下列說法中屬于能量子假說內(nèi)容的是(ABC)A．物質(zhì)放射(或汲取)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)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E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不行分割的解析：能量子假說認(rèn)為，物質(zhì)放射(或汲取)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量，故D