人教版高中物理舉一反三-選擇性必修三專題4.1 普朗克黑體輻射理論（解析版）

專題4.1普朗克黑體輻射理論【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1黑體與黑體輻射】 【題型2黑體輻射的實驗規(guī)律】 【題型3能量子】 【題型4聯系實際】 【題型5對比問題】 【題型6熱輻射】 【題型1黑體與黑體輻射】【例1】2015年中國發(fā)射衛(wèi)星“悟空”，用來探測暗物質粒子和黑洞。黑洞是黑體的一種，關于黑體，下列說法正確的是（）A．外表面涂成黑色的物體就是黑體B．黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波C．在空腔壁上開一個很小的孔，射入孔的電磁波最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就成了黑體D．玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說【答案】C【解析】黑體是能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，A、B錯誤；在空腔壁上開一個很小的孔，射入孔的電磁波在空腔內表面發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就成了黑體，C正確；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元，D錯誤。故選C。【變式1-1】下列說法正確的是（）A．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，與材料的種類及表面狀況無關B．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波C．新冠肺炎診斷中，要用X光掃描肺部，是因為在電磁波中X光的穿透能力最強D．微波有很強的熱效應，所以用微波爐加熱食物答案：A解析：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，與材料的種類及表面狀況無關，故A正確；的物體和冷的物體都會向外輻射電磁波，故B錯誤；新冠肺炎診斷中，要用X光掃描肺部，是因為在電磁波中X光的穿透能力比較強，但不是最強的，穿透能力最強的電磁波是γ射線，故C錯誤；微波并沒有很強的熱效應，微波爐加熱食物利用的不是微波的熱效應，而是利用微波可以傳遞能量的特點，故D錯誤?！咀兪?-2】關于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是()A．黑體是真實存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元C．隨著溫度升高，黑體輻射的各波長的強度有些會增強，有些會減弱D．黑體輻射無任何實驗依據解析：選B黑體并不是真實存在的，A錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學的新紀元，B正確；隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加，C錯誤；黑體輻射是有實驗依據的，D錯誤?！咀兪?-3】下列說法正確的是（）A．只有溫度高的物體才會有熱輻射B．黑體只是從外界吸收能量，從不向外界輻射能量C．黑體可以看起來很明亮，是因為黑體可以反射電磁波D．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面情況有關答案：D解析：任何物體在任何溫度下都存在輻射，溫度越高輻射的能力越強，故A錯誤；能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫作黑體，黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波，有些黑體有較強的輻射，看起來也可以很明亮，故BC錯誤；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，與構成黑體的材料、形狀無關，而一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面情況有關，故D正確?！绢}型2黑體輻射的實驗規(guī)律】【例2】黑體輻射的強度與波長的關系如圖所示，由圖可知下列說法錯誤的是()A.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加B.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動C.任何溫度下，黑體都會輻射各種波長的電磁波D.不同溫度下，黑體只會輻射相對應的某些波長的電磁波答案D解析由題圖可以看出，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，故A正確；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，故B正確；任何溫度下，黑體都會輻射各種波長的電磁波，故C正確，D錯誤.【變式2-1】(多選)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，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答案BCD【變式2-2】如圖所示是黑體的輻射強度與其輻射光波波長的關系圖像，則下列說法正確的是（）A．隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低B．隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動C．T1>T2D．T1<T2答案：C解析：隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都會增加，同時最大輻射強度向左側移動，即向波長較短的方向移動，則【變式2-3】下列關于在兩種不同溫度下某一定質量的氣體的分子速率分布圖像（縱坐標f（v）表示各速率區(qū)間的分子數占總分子數的百分比，橫坐標v表示分子的速率）和兩種不同溫度下黑體輻射的強度與波長的關系的圖像符合實驗規(guī)律的是（）A． B．C． D．答案：C解析：兩種不同溫度下某一定質量的氣體的分子速率分布圖像與坐標軸圍成的面積應相等，且溫度較高的氣體分子速率大的占比更多，AB錯誤；黑體輻射的實驗規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，C正確，D錯誤。【題型3能量子】【例3】能量子假設是對經典物理學思想與觀念的一次突破?！罢駝又膸щ娢⒘５哪芰恐荒苁悄骋蛔钚∧芰恐档恼麛当丁?，作出這一大膽假設的科學家是（）A．庫侖 B．普朗克C．密立根 D．愛因斯坦答案：B解析：能量子假設是對經典物理學思想與觀念的一次突破?！罢駝又膸щ娢⒘５哪芰恐荒苁悄骋蛔钚∧芰恐档恼麛当丁保鞒鲞@一大膽假設的科學家是普朗克。【變式3-1】（多選）在能量子量子化研究的歷程中，以下說法正確的是（）A．物質發(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．黑體即不反射電磁波，也不向外輻射電磁波C．能量子假說中的能量子的能量，為帶電微粒的振動頻率，為普朗克常量D．一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度無關答案：AC解析：普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時發(fā)現，電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的，每一份能量叫做一個能量子，能量子的能量，為帶電微粒的振動頻率，為普朗克常量，故AC正確；黑體不反射電磁波，但會向外輻射電磁波，即黑體輻射，故B錯誤；一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，故D錯誤。【變式3-2】（多選）關于普朗克“能量量子化”的假設，下列說法正確的是（）A．認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的B．認為能量值是連續(xù)的C．認為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認為微觀粒子的能量是分立的答案：AD解析：普朗克的理論認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的?！咀兪?-3】以下宏現概念中，哪些是“量子化”的（）A.物體的長度B.物體所受的重力C.物體的動能D.學生的個數解析：選D,“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選D。【題型4聯系實際】【例4】2022年5月5日，我國成功利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，實現了地球上1200公里間的量子態(tài)遠程傳輸，這次實驗的成功，意味著我國在量子通信網絡建設領域向前邁出了重要的一步。下列關于量子化的說法正確的是（

）A．愛因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物體的長度是量子化的C．對于宏觀帶電物體，其電荷量是量子化的 D．能量子與電磁波的頻率成反比答案：C解析：普朗克首先提出了“能量子”的概念，A錯誤；物體的長度是連續(xù)的，B錯誤；對于宏觀帶電物體，其電荷量是量子化的，是元電荷的整數倍，C正確；根據，能量子與電磁波的頻率成正比，D錯誤。【變式4-1】“測溫槍”(學名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強度I及其極大值對應的波長λ的變化情況是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大 D．I減小，λ減小解析：選B根據黑體輻射規(guī)律，可知隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故人體熱輻射強度I隨溫度的升高而增大，其極大值對應的波長減小，B正確。【變式4-2】“千克”這一基本單位原由國際千克原器來定義。國際千克原器是1889年第一屆國際計量大會批準制造的，它是一個用鉑依合金制成的圓柱體，高度和直徑均為，原型保存在巴黎國際計量局。因受空氣污染和氧化等因素影響，國際千克原器的質量出現細微變化，已難以適應現代精密測量要求。因此科學界一直想用一種基于物理常數的定義來取代。2018年11月16日，第26屆國際計量大會決定，千克由普朗克常量h及米和秒定義，即。該決定已于2019年5月20日生效。此次標準實施后，國際單位制中7個基本單位全部建立在不變的自然常數基礎上，保證了國際單位的長期穩(wěn)定性和通用性。以下說法正確的是（

）A．普朗克常量h是一個無單位的常量B．普朗克常量h的單位等效于C．普朗克常量h的單位等效于D．普朗克常量h的單位等效于解析：根據，可得，則普朗克常量h的單位為，故A錯誤；根據牛頓第二定律可知，則故B錯誤；根據功的定義可知則故C正確，D錯誤；答案：C【變式4-3】經測量，人體表面輻射本領的最大值落在波長為940μm處，根據電磁輻射的理論得出，物體最強輻射的波長與物體的絕對溫度的關系近似為Tλm=2.90×10-1mK，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h=6.63×10-34J·s)答案36℃，2.12×10-22J解析人體表面的溫度為T==K≈309K≈36℃人體輻射的能量子的值為ε=h=6.63×10-34×J=2.12×10-22J【題型5對比問題】【例5】關于黑體輻射圖像如圖所示，下列判斷正確的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．測量某黑體任一波長的光的輻射強度可以得知其溫度答案：A解析：因隨著溫度的升高，輻射強度增強，同時輻射強度的極大值向波長較短方向移動，所以T1>T2>T3>T4，A正確，BC錯誤；測量某黑體輻射強度最強的光的波長可以得知其溫度，D錯誤?！咀兪?-1】熱輻射是指所有物體都要向外輻射電磁波的現象。輻射強度指垂直于電磁波方向的單位面積在單位時間內所接收到的輻射能量。在研究同一物體在不同溫度下向外輻射的電磁波的波長與其輻射強度的關系時，得到如圖所示的圖線，圖中橫軸λ表示電磁波的波長，縱軸Mλ表示某種波長的電磁波的輻射強度，則由Mλ-λ圖線可知，同一物體在不同溫度下（）A．向外輻射同一波長的電磁波的輻射強度相同B．向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的C．向外輻射的電磁波的總能量隨溫度升高而減小D．輻射強度的極大值隨溫度升高而向短波方向移動答案：D解析：由Mλ-λ圖線可知，對于同一物體，隨著溫度的升高，一方面，各種波長電磁波的輻射強度都有所增加，向外輻射的電磁波的總能量增大；另一方面，輻射強度的極大值向短波方向移動，波長范圍增大。ABC錯誤，D正確。【變式5-2】某氣體在T1、T2兩種不同溫度下的分子速率分布圖象如圖甲所示，縱坐標f（v）表示各速率區(qū)間的分子數占總分子數的百分比，橫坐標v表示分子的速率；而黑體輻射的實驗規(guī)律如圖乙所示，圖乙中畫出了T1、T2兩種不同溫度下黑體輻射的強度與波長的關系。下列說法正確的是（）A．圖甲中T1>T2，圖乙中T1>T2B．圖乙中溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動C．圖甲中溫度升高，所有分子的速率都增大D．圖乙中黑體輻射電磁波的情況不僅與溫度有關，還與材料的種類及表面狀況有關答案：B解析：由圖甲可知，溫度為T2的圖線中速率大的分子占據的比例較大，說明其對應的平均分子動能較大，故T2對應的溫度較高，所以T2>T1，溫度升高使得氣體分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。圖乙中，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，且輻射強度的極大值向波長較短方向移動。故B正確；AC錯誤；圖乙中黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關。故D錯誤?！咀兪?-3】（多選）熱輻射是指所有物體在一定的溫度下都要向外輻射電磁波的現象，輻射強度是指垂直于電磁波傳播方向上的單位面積上單位時間內所接收到的輻射能量。在研究某一黑體輻射的實驗規(guī)律時，得到了四種溫度下黑體輻射的強度與波長的關系如圖。圖中橫軸表示電磁波的波長，縱軸表示某種波長電磁波的輻射強度，則由輻射強度圖線可知，同一黑體在不同溫度下（）A．向外輻射同一波長的電磁波的輻射強度相同B．輻射強度的極大值隨溫度升高而向短波方向移動C．向外輻射的電磁波的總功率隨溫度升高而減小D．向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的答案：BD解析：對于同一黑體，從圖中可以看出，溫度越高，向外輻射同一波長的電磁波的輻射強度越大，故A錯誤；從圖中可以看出，輻射強度的極大值隨溫度升高而向短波方向移動，故B正確；從圖中可以看出，隨著溫度的升高，各個波長的輻射強度均變大，故向外輻射的電磁波的總功率隨溫度升高而增大，故C錯誤；黑體可以輻射出任何波長的電磁波，在不同溫度下，向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的，故D正確。【題型6熱輻射】【例6】（多選）以下關于輻射強度與波長的關系的說法中正確的是（）A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B．當鐵塊呈現黑色時，說明它的溫度不太高C．當鐵塊的溫度較高時會呈現赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強D．早、晚時分太陽呈現紅色，而中午時分呈現白色，說明中午時分太陽溫度最高答案：BC解析：物體在某一溫度下能輻射不同波長的電磁波，故A錯誤；黑體輻射的強度與溫度有關，溫度越高，則輻射強度的極大值也就越大。當鐵塊呈現黑色時，是由于它的輻射強度的極大值對應的波長段在紅外部分，甚至波長更長，說明它的溫度不太高，故B正確；當鐵塊的溫度較高時會呈現赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強，故C正確。太陽早、晚時分呈現紅色，而中午時分呈現白色，是由于大氣吸收與反射了部分光的原因，不能說明中午時分太陽溫度最高，故D錯誤?！咀兪?-1】（多選）關于對熱輻射的認識，下列說法正確的是()A．溫度越高，物體輻射的電磁波越強B．冷的物體只吸收電磁波C．輻射強度按波長的分布情況只與物體