人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：1 普朗克黑體輻射理論

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE11普朗克黑體輻射理論〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射的實驗規(guī)律.2.了解能量子的概念，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1．黑體：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．2．黑體輻射(1)定義：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．(2)黑體輻射特點：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)．二、黑體輻射的實驗規(guī)律1．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加．2．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．三、能量子1．定義：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，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．表達(dá)式：ε＝hν.其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率．h稱為普朗克常量．h＝6.62607015×10－34J·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．1．判斷下列說法的正誤．(1)黑體一定是黑色的物體．(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體．(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大．(√)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比．(√)(5)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)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)．(√)2．可見光波長的大致范圍為400～760nm，波長為500nm的能量子ε＝________J.〖答案〗3.98×10－19一、黑體與黑體輻射1．對黑體的理解(1)黑體是一個理想化的物理模型．(2)黑體看上去不一定是黑的，有些可看成黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮．2．一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、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(qiáng)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(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值．(2)隨著溫度的升高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，如圖1所示．圖1(多選)關(guān)于對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，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．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，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體〖答案〗CD〖解析〗有些黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項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)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)，故選項B錯誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體，故選項D正確．(多選)如圖2所示就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是()圖2A．T1＞T2B．T1＜T2C．隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動〖答案〗AD〖解析〗不同溫度的物體向外輻射的電磁波的波長范圍是不相同的，溫度越高，向外輻射的能量中，波長短的波越多，所以T1＞T2，故A正確，B錯誤；隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都會增加；同時最大輻射強(qiáng)度向左側(cè)移動，即向波長較短的方向移動，故C錯誤，D正確．二、能量子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)能量子表達(dá)式：ε＝hνν是帶電微粒的振動頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10－34J·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．對能量量子化的理解(1)物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)．(2)在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)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．(多選)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(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ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的〖答案〗ABC〖解析〗能量子假說認(rèn)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(jìn)行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量，A、B、C正確．(2019·江蘇卷)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長λ＝6.4×10－7m，每個激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J．求每個脈沖中的光子數(shù)目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s.計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)〖答案〗5×1016個〖解析〗光子能量ε＝eq\f(hc,λ)光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016個．1．(黑體)對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．黑體不僅能吸收電磁波，也能反射電磁波B．黑體是黑色的且其自身輻射電磁波C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及其表面狀況有關(guān)D．黑體是一種理想化模型，實際物體沒有絕對黑體〖答案〗D〖解析〗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，不一定是黑色的，A、B錯誤；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，D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)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，C錯誤．2．(黑體輻射)(2020·桂林十八中高二開學(xué)考試)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()〖答案〗A〖解析〗隨著溫度的升高，黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系：一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．由此規(guī)律可知選項A正確．3．(能量子)(多選)關(guān)于對普朗克能量子假說的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾，因而是錯誤的〖答案〗BC〖解析〗由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A、D錯誤，B正確；能量子ε＝hν，與電磁波的頻率ν成正比，C正確．4．(能量子)人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個綠光的光子(能量子)射入瞳孔，眼睛就能察覺．普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率約是()A．2.3×10－18W B．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D