新教材2025版高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1.普朗克黑體輻射理論學(xué)生用書(shū)新人教版選擇性必修第三冊(cè)

1.普朗克黑體輻射理論素養(yǎng)目標(biāo)1.了解黑體及黑體輻射的概念．(物理觀念)2．了解黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律．(物理觀念)3．知道能量子概念，能說(shuō)出普朗克提出的能量子假說(shuō)內(nèi)容．(物理觀念)4．了解宏觀物體和微觀粒子的能量改變特點(diǎn)．(物理觀念)自主落實(shí)·必備學(xué)問(wèn)全過(guò)關(guān)一、黑體與黑體輻射1．黑體志向化模型某種物體能夠________入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生________，這種物體就是肯定黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)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________電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射．(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度與其他因素都無(wú)關(guān)有關(guān)．3．黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律(1)隨著溫度的上升，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有________．(2)隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)________的方向移動(dòng)．4．維恩和瑞利的理論說(shuō)明(1)建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)________和________的學(xué)問(wèn)尋求黑體輻射的理論說(shuō)明．(2)維恩公式：在________與試驗(yàn)特別接近，在________則與試驗(yàn)偏離較大．(3)瑞利公式：在________與試驗(yàn)基本一樣，但在________與試驗(yàn)嚴(yán)峻不符．二、能量子1．普朗克的假設(shè)組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________．這個(gè)不行再分的最小能量值ε叫作________．2．能量子的表達(dá)式ε＝hν，其中ν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，h稱(chēng)為_(kāi)_______．h＝________J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化宏觀粒子的能量可以連續(xù)改變微觀粒子的能量是________的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是________的．走進(jìn)生活在新冠肺炎疫情防控期間，很多場(chǎng)所用體溫槍測(cè)量人的體溫，體溫槍可以不接觸人測(cè)得人的體溫，你知道其中的原理嗎？合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一黑體與黑體輻射情境探究很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過(guò)，便可獲知他的體溫．你知道其中的道理嗎？核心歸納對(duì)黑體和黑體輻射的理解(1)對(duì)黑體的理解：肯定的黑體事實(shí)上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替．如圖所示，假如在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和汲取，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就可以近似為一個(gè)肯定黑體．(2)對(duì)黑體輻射的理解：一般物體都具有不斷輻射、汲取、反射電磁波的本事．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)一般物體與黑體的比較項(xiàng)目熱輻射特點(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(lèi)及表面狀況有關(guān)既汲取又反射，其實(shí)力與材料的種類(lèi)及入射波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)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(4)現(xiàn)實(shí)生活中不存在志向的黑體，實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波)，也都能汲取和反射紅外線(電磁波)，肯定黑體不存在，是志向化的模型．應(yīng)用體驗(yàn)例1關(guān)于黑體，下列說(shuō)法中正確的是()A．黑體只汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑色的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān)D．假如在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)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，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就可以近似為一個(gè)黑體針對(duì)訓(xùn)練1.[2024·江蘇蘇州高校附屬中學(xué)高二下期中]在試驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開(kāi)一小孔，可將其近似看成一個(gè)黑體，由它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(qiáng)度與其輻射電磁波的波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，則下列說(shuō)法正確的是()A．T1<T2B．在同一溫度下，波長(zhǎng)越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大C．隨著溫度的上升，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)探究二能量子核心歸納1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動(dòng)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)帶電微粒輻射或汲取能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或汲取的．這個(gè)不行再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子公式ε＝hνν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，h是一個(gè)常量，后人稱(chēng)之為普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s.(3)能量的量子化在微觀世界中能量不能連續(xù)改變，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)探討物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量改變是連續(xù)的，不必考慮量子化；在探討微觀粒子時(shí)必需考慮能量量子化．3．普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的合理說(shuō)明在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度依據(jù)波長(zhǎng)分布的公式，依據(jù)公式得出的理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合得特別完備．如圖所示，曲線是依據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度依據(jù)波長(zhǎng)分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的試驗(yàn)值．從圖像看出，兩者符合性特別好．4．普朗克的能量量子化假說(shuō)的意義(1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類(lèi)對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的相識(shí)，對(duì)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(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)．(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．應(yīng)用體驗(yàn)例2一盞電燈發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周勻稱(chēng)輻射，光的平均波長(zhǎng)λ＝6.0×10－7m，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過(guò)的光子數(shù)約為()A．2×1017個(gè)B．2×1016個(gè)C．2×1015個(gè)D．2×1023個(gè)針對(duì)訓(xùn)練2.2024年12月我國(guó)科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺(tái)76個(gè)光子、100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”(如圖所示)，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬(wàn)億倍．關(guān)于量子，下列說(shuō)法正確的是()A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序B．表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念D．類(lèi)似于質(zhì)子、中子的微觀粒子3．據(jù)《自然》雜志2024年5月17日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)家在稻城“拉索”基地(如圖所示)探測(cè)到迄今為止最高能量的γ射線，其能量值ε＝1.40×1015eV.已知普朗克常量h＝6.626×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s，則γ射線的波長(zhǎng)多長(zhǎng)？學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.下列說(shuō)法正確的是()A．能量子與電磁波的頻率成反比B．電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大C．微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的D．能量子假說(shuō)是由愛(ài)因斯坦最早提出來(lái)的2．(多選)關(guān)于黑體與黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是()A．一般材料物體輻射電磁波的狀況與溫度無(wú)關(guān)，只與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)B．黑體能完全汲取入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射C．帶電微粒輻射和汲取的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．黑體輻射隨著溫度的上升，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)3．關(guān)于黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，圖中正確的是()4．我國(guó)高鐵技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、5G通信技術(shù)，目前處于世界領(lǐng)先水平．與4G相比，5G具有“更高網(wǎng)速、低延時(shí)、低功率海量連接、通信運(yùn)用的電磁波頻率更高”等特點(diǎn)．與4G相比，5G運(yùn)用的電磁波()A．波長(zhǎng)更長(zhǎng)B．能量子的能量更小C．能量子的能量更大D．傳播速度更快5．2017年，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外自由電子激光脈沖．“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用．一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎．據(jù)此推斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J1．普朗克黑體輻射理論自主落實(shí)·必備學(xué)問(wèn)全過(guò)關(guān)一、1．完全汲取反射2．(1)輻射3．(1)增加(2)較短4．(1)熱學(xué)電磁學(xué)(2)短波區(qū)長(zhǎng)波區(qū)(3)長(zhǎng)波區(qū)短波區(qū)二、1．整數(shù)倍能量子2．普朗克常量6.626×10－343．量子化分立走進(jìn)生活提示：人的體溫越高，人體輻射的紅外線的強(qiáng)度越強(qiáng)，體溫槍通過(guò)接收到的被測(cè)者輻射的紅外線的強(qiáng)度，反映人的體溫．合作探究·實(shí)力素養(yǎng)全提升探究一情境探究提示：依據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的凹凸，干脆確定了人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度．因此通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的狀況就知道這個(gè)人的體溫．應(yīng)用體驗(yàn)[例1]解析：A錯(cuò)：黑體自身輻射電磁波，不肯定是黑色的．B錯(cuò)，C對(duì)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)．D錯(cuò)：小孔只汲取電磁波，不反射電磁波，因此這個(gè)小孔可以近似為一個(gè)黑體，而不是空腔．答案：C針對(duì)訓(xùn)練1．解析：不同溫度的物體向外輻射的電磁波的波長(zhǎng)范圍是不同的，溫度越高輻射強(qiáng)度最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越短，所以T1>T2，故A錯(cuò)誤；由圖像可知，同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長(zhǎng)不是最大的，也不是最小的，而是處在最大與最小波長(zhǎng)之間，故B錯(cuò)誤；由圖像可知，黑體的輻射強(qiáng)度隨著溫度的上升而增大，故C錯(cuò)誤；隨著溫度的上升，不同波長(zhǎng)的光輻射強(qiáng)度都會(huì)增大，同時(shí)最大輻射強(qiáng)度向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故D正確．答案：D探究二應(yīng)用體驗(yàn)[例2]解析：光是電磁波，輻射能量也是一份一份地進(jìn)行的，功率為100W的電燈每秒產(chǎn)生的光能E＝100J，設(shè)電燈每秒放射的能量子數(shù)為n，則E＝nhν＝nhcλ，在以電燈為球心的半徑為10m的球面上，1m2的面積每秒通過(guò)的能量子數(shù)為n′＝Eλ4答案：A針對(duì)訓(xùn)練2．解析：A錯(cuò)：量子不是計(jì)算機(jī)的程序，量子是不行分割的最小的單元．B錯(cuò)：量子最早由普朗克提出，假設(shè)物體放射出電磁輻射能量是一份一份的，每一份被稱(chēng)作能量子，電磁輻射能量是其整數(shù)倍，所以量子是表示能量的單元，而非運(yùn)算速度的單位．C對(duì)：量子是不行分割的最小的單元，表示微觀世界的不連續(xù)性，即通常所說(shuō)的“量子化”．D錯(cuò)：量子不是實(shí)物粒子，不是像質(zhì)子、中子那樣的微觀粒子．答案：C3．解析：γ射線的頻率為ν＝εh＝1.40×1015×1.6×10-196.626答案：8.88×10－22m學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1．解析：由ε＝hν＝hcλ可知，能量子與電磁波的頻率成正比，與電磁波的波長(zhǎng)成反比，電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越小，答案：C2．解析：一般材料物體輻射電磁波的狀況不僅與溫度有關(guān)，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的狀況只與溫度有關(guān)，故A說(shuō)法錯(cuò)誤．黑體能完全汲取入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，故B說(shuō)法正確．依據(jù)量子化的理論，帶電微粒輻射和汲取的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故C說(shuō)法正確．依據(jù)量子化的