高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 普朗克黑体辐射理论学案

普朗克黑体辐射理论

【学习目标】

一、知识与技能

1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。

2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。

3．了解能量子的概念。

二、过程与方法

了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

三、情感、态度与价值观

领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【学习重点】

能量子的概念。

【学习难点】

黑体辐射的实验规律。

【学习过程】

一、黑体与黑体辐射

1．热辐射现象

（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与__________有关，所以叫热辐射。

（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的________而有所不同。室温时，热辐射的主要成分是波长________（填“较长”或“较短”）的电磁波，不能引起人们的视觉；温度升高时，________（填“较长”或“较短”）波长的成分越来越强。

2．黑体

如果某种物体能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

3．黑体辐射：黑体虽然不反射___________，却可以_________________电磁波，这样的辐射叫做黑体辐射。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

注意：

（1）黑体是个____________________。

（2）一般物体的辐射与__________、____________、_______________有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______________有关。

二、黑体辐射的实验规律

测量黑体辐射的实验原理图

加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

1．辐射强度按波长分布与温度的关系

特点：随温度的升高

①各种波长的辐射强度都在_____________；

②辐射强度的最大值向_____________方向移动。

2．经典物理学所遇到的困难

（1）维恩的经验公式：__________符合，____________不符合。

（2）瑞利-金斯公式：___________符合，_____________荒唐。

3．超越牛顿的发现

1900年10月19日，_______________在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式与实验结果非常吻合。

三、能量子

（1）普朗克的假设：

振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的__________，即：能量的辐射或者吸收只能是____________的，这个不可再分的最小能量值ε叫做__________。

（2）能量子公式：

ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为______________，h＝6.62607015×10-34J·s。

（3）能量的量子化：

在微观世界中能量是量子化的，或者说是微观粒子的能量是________的，这种现象叫能量的__________。

（4）普朗克假设的意义：

①借助于能量的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按____________的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝。

②普朗克在1900年能把量子列入物理学，正确地破除了“________________”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。

【练习巩固】

1．下列叙述正确的是（    ）

A．一切物体都在辐射电磁波

B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

答案：ACD

2．关于对黑体的认识，下列说法正确的是（    ）

A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的

B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关

D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体

答案：C

3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（    ）

A．红光 B．橙光

C．黄光 D．绿光

答案：A

4．小灯泡的功率P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10-6m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？（h＝6.63×10-34J·s）

答案：5×1018个

5．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（     ）

答案：A

6．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（     ）

A．物体的带电荷量    B．物体的质量

C．物体的动量      D．学生的个数

答案：AD

7．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（     ）

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

答案：ACD

8．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（     ）

A．T1>T2

B．T1<T2

C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低

D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动

答案：A