4-1-普朗克黑體輻射理論(人教版2019選擇性必修第三冊)(解析版)

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論【知識梳理與方法突破】1.黑體的理解（1）黑體是一個理想化的物理模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果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)生多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮。2.一般物體與黑體的比較項目熱輻射特點吸收、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)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律（1）溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的解釋：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。4.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。5.能量量子化假說的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類對微觀世界的認識推到了一個新的高度，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(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?！纠肯铝忻枥L兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是（）A． B．C． D．【答案】A【詳解】BD．黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射越強越大，選項BD錯誤；AC．根據(jù)黑體輻射實驗規(guī)律，黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系為：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，則各種頻率的輻射強度也都增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故A正確，C錯誤。故選A?！踞槍τ?xùn)練】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．能量子假說認為能量是連續(xù)的，是不可分割的【答案】ABC【詳解】能量子假說認為，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，故ABC符合題意，D不符合題意。故選ABC。【鞏固提升】1．對黑體的認識，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【詳解】AB．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，故AB錯誤；C．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(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，故C錯誤。D．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，故D正確。故選D。2．關(guān)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(xué)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(jù)【答案】B【詳解】A．黑體并不是真實存在的，A錯誤；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(xué)的新紀元，B正確；C．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加，C錯誤；D．黑體輻射是有實驗依據(jù)的，D錯誤。故選B。3．關(guān)于對黑體的認識，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度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較長的方向移動C．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(xué)的新紀元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，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體【答案】C【詳解】A．能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體，A錯誤；B．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(guān)，溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長減小的方向移動，B錯誤；C．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，與實驗結(jié)果相符，C正確；D．射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對的黑體，D錯誤。故選C。4．華為手機麒麟9000型芯片是5nm制作工藝，光刻機是芯片制造的核心設(shè)備之一。光刻機通過一系列的光源能量，將光束透射過畫著線路圖的掩模，用透鏡將線路圖成比例縮小后映射到涂有化學(xué)層的硅片上，受到光線照射的部分，可以被沖洗掉，在硅片上就得到了掩膜上的電路圖。芯片的制作過程需要用較大能量光子的光照射，應(yīng)選用的光源是（）A．波長長的光源 B．頻率大的光源C．強度小的光源 D．強度大的光源【答案】B【詳解】由光子的能量公式，即可知，頻率越大額光子能量越大，光子的能量與光子的強度無光，而根據(jù)公式可得，波長越長，光子的頻率越小，ACD錯誤，B正確。故選B。5．近日，由義烏城建攜手中國移動建設(shè)的浙江省首個5G停車場——江濱綠廊三公園停車場正式投入運營。在過去的10年，義烏市通信行業(yè)經(jīng)歷了從2G、3G、4G到5G的飛速發(fā)展。5G信號使用的電磁波頻率更高，每秒傳送的數(shù)據(jù)量也實現(xiàn)了數(shù)量級的增大。相比與4G信號，下列判斷正確的是（）A．5G信號的光子能量更大B．5G信號的衍射更明顯C．5G信號的傳播速度更大D．5G信號的波長更長【答案】A【詳解】A．因為5G使用的電磁波頻率比4G高，根據(jù)公式可知，5G信號的光子能量比4G光子能量更大，故A正確；BD．發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物(或孔)的尺寸可以跟波長相比，甚至比波長還小；因5G使用的電磁波頻率更高，即波長更短，故5G信號不容易發(fā)生明顯衍射，故BD錯誤；C．任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是相同的，在介質(zhì)中要看折射率，故C錯誤。故選A。6．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫為37℃，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為，根據(jù)熱輻射理論，與輻射源的絕對溫度的關(guān)系近似為，普朗克常量。那么老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長和老鼠發(fā)出的這種最強的熱輻射每份能量子（又叫作光子）的能量分別是（）A．

B．

C．

D．

【答案】B【詳解】由題意則根據(jù)公式故選B。7．關(guān)于對黑體的認識，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，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個黑體【答案】CD【詳解】A．能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這樣的物體稱為黑體，黑體可以向外輻射電磁波，看上去不一定是黑的，A錯誤；BC．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，B錯誤，C正確；D．射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個黑體，D正確。故選CD。8．黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知（）A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向頻率較高的方向移動【答案】AB【詳解】AC．由圖可知，隨溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加，故A正確，C錯誤；B．溫度升高，輻射強度的極大值會向著波長較短的方向移動，故B正確；D．溫度降低，輻射強度的極大值會向著波長較長的方向移動，由于波長與頻率成反比，所以，溫度降低，輻射強度的極大值會向著頻率較低的方向移動，故D錯誤。故選AB。9．2006年度諾貝爾物理學(xué)獎授予了兩名美國科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽為是宇宙學(xué)研究進入精密科學(xué)時代的起點。下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法正確的是（）A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體的熱輻射實質(zhì)上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說【答案】ACD【詳解】A．由熱輻射的定義：任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的性質(zhì)。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的，也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱之為熱輻射，可知一切物體都在輻射電磁波，故A正確；B．黑體輻射的特點是：理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射，并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射，其光譜特征僅與該黑體的溫度有關(guān)，與黑體的材質(zhì)無關(guān)；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，故B錯誤；CD．普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，他認為能量是一份一份的，每一份是一個能量子，黑體