高中物理选择性必修三 同步导学案 4.1 普朗克黑体辐射理论

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4.1 普朗克黑体辐射理论
一、自主学习
（一）黑体与黑体辐射
1.定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不__________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
2.黑体辐射特点：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
1.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都__________。
2.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长__________的方向移动。
（三）能量子
定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值__________的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作__________。
二、课堂探究
[情景设问]在很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
结论1：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫________。
[思考]红外热像仪的原理来自于热辐射，尝试解释原因？
结论2：
热辐射特征：热辐射强度按________的分布情况随物体的________而有所不同。
根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了人辐射的红外线的频率和强度。因此通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。
[讨论]我们身边有哪些热辐射的现象？
结论3：热辐射实例
① 当你在火炉边上时，会有________。
② 冬天打开电暖气或地暖时，周围________上升。
（一）黑体与黑体辐射
[思考]试回忆绝对黑体的概念。
带小壳的空腔
结论4：
① 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是__________，简称__________。
② 黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射__________，这样的辐射叫作黑体辐射。
[思考]尝试比较一般物体与黑体的不同。
结论5：
项目 热辐射特点 吸收、反射特点
一般物体 辐射电磁波的情况与________有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及________等因素有关
黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关 完全吸收各种入射电磁波，不________
（二）黑体辐射的实验规律
[讨论]根据下图，你能发现什么规律？
结论6：
① 温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个__________。
② 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都__________；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长__________的方向移动。
[情景代入]这些规律与日常经验是一致的。
如：加热铁块过程，随着温度的升高，发光的颜色不同。
[讨论]怎样解释黑体辐射的实验规律呢？
普朗克公式与实验结果的比较
结论7：英国物理学家瑞利在1900 年，提出了辐射强度按波长分布的瑞利公式。瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在__________与实验严重不符。这一现象被称为紫外灾难。
（三）能量子
[多媒体展示]1900年10月，普朗克提出量子化理论，给予黑体辐射以完美的解释。
结论8：
① 普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的____________，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作__________。
② 能量子的大小：ε = _________。其中 ν 是电磁波的频率，h 称为普朗克常量，h = 6.626 × 10 -34 J · s（一般取 h = 6.63 × 10-34 J · s）
[讨论]由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续的实例。
如：人的个数，自然数，汽车等
三、典题精讲
【例题1】下列说法正确的是（　　）
A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波
B．光的波长越长，光子的能量越大
C．光的波长越短，越容易发生衍射
D．在光的干涉中，明条纹的地方是光子到达概率大的地方
【例题2】新冠肺炎防控中有一个重要环节是对外来人员进行体温检测，检测用的体温枪工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知下列描述正确的是（　　）
A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．温度降低，可能部分波长的辐射强度会减小
C．随温度升高，辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
4、核心素养专练
1．黑体辐射的“紫外灾难”是指（　　）
A．紫色的自然灾害
B．实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称黑体辐射的“紫外灾难”
C．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线
D．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色
2．下列说法正确的是（　　）
A．波尔理论认为电子的轨道是量子化的，电子在这些轨道上绕核转动时由于有加速度会不断向外辐射出电磁波
B．光电效应揭示了光的粒子性，光电效应表明光子具有能量和动量
C．裂变产生的中子速度很大，于是要通过镉棒将快中子变成慢中子，链式反应才能进行
D．黑体辐射中电磁波的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料以及表面积无关
3．下列说法中正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子，并发现了天然放射现象
B．对于a射线、β射线、γ射线这三种射线而言，波长越长，其能量就越大
C．天然放射现象的发现，说明原子可以再分
D．黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
4.下列说法正确的是（　　）
A．146C的半衰期会随着周围环境温度的变化而改变
B．汤姆孙根据α粒子散射实验提出了原子核式结构模型
C．处于n=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子
D．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说
5.下列说法中正确的是（　　）
A．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．原子核内的质子之间均存在核力和库仑力
D．阴极射线的比荷比氢原核子小
6.下列说法正确的是（　　）
A．任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波
C．单个光子通过单缝后，底片上就会出现完整的衍射图样
D．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
7.下列说法正确的是（　　）
A．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流
B．天然放射现象的发现，说明原子是可以再分的
C．原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量小于原核的质量
D．黑体辐射的实验表明，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
8．关于近代物理实验，下列说法正确的有（　　）
A．黑体辐射的实验表明，微观世界，能量也是连续变化的
B．在光电效应实验中，只要入射光照射时间足够长，一定能发生光电效应
C．康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量
D．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波波长更长
9.一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与__________有关。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与__________有关。
10.黑体辐射的实验规律
（1）一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与__________有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
（2）黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的__________有关，如图所示。
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都__________；
②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长__________的方向移动。
参考答案
自主学习
（1）发生反射 温度
（2）增加 较短
（3）ε 能量子
课堂探究
结论1：热辐射
结论2：波长 温度
结论3：灼热感 温度
结论4：绝对黑体 黑体 电磁波
结论5：温度 入射波长 温度 反射
结论6：极大值 增加 较短
结论7：短波区
结论8：整数倍 能量子 hν
典题精讲
【例题1】D
【例题2】A
核心素养专练
1.B
2.D
3.D
4.C
5.B
6.B
7.C
8.C
9.材料的种类及表面状况 温度
10.（1）温度　（2）温度　①增加　②较短
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