物理人教版（20191）选择性必修第三册4.1普朗克黑体辐射理论（共23张ppt）

(共23张PPT)
新人教版 选择性必修三
第四章 原子结构和波粒二象性
4.1 普朗克黑体辐射理论
量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
1、黑体
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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
一 黑体与黑体辐射
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。
黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
2、黑体辐射：
3、黑体辐射的特点：
1、黑体辐射实验规律
二、黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有增加；
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
+
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2、黑体辐射的理论解释
带电微粒→震动→变化的电磁场
物体中存在带电微粒
直接找规律有点儿困难，科学家打算结合理论来寻找这个公式。
二、黑体辐射的实验规律
（1）维恩、瑞利——金斯的解释
①维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。
②瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。
二、黑体辐射的实验规律
在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无大。这种情况被人们称为“紫外灾难”。
（2）普朗克的解释
普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。
维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
二、黑体辐射的实验规律
普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。
普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
组成黑体的振动着的帯电微粒的能量，只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε…这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍。
三、能量子
1、普朗克的量子化假设
能量子：
其中：ν是带电微粒的振动频率，也是电磁波的频率
h：普朗克常量 h＝ 6.62607015×10-34 J·s
2、能量子表达式：
ε＝hν
三、能量子
比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
普朗克
3、能量的量子化
在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化.
三、能量子
能量
量子
经典
4、宏观世界能量的连续性
宏观世界能量的连续性与微观粒子的能量的量子化，这是宏观世界与微观物理规律最重要的差别之一。
弹簧振子振动能量可以连续变化（振幅可以取任意值），即振动能量的连续性。
三、能量子
5、普朗克量子化理论的意义
（1）破除“能量连续变化”的传统思想，是物理新思想的基石之一.
（2） 开创物理学新纪元，为量子力学的诞生奠定了基础.
（3） 标志着人类对自然规律的认识从宏观进入微观领域.
三、能量子
普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。
1、对黑体的认识，下列说法正确的是（ ）
A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波
B.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种
类及其表面状况有关
D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体
随堂练习
D
解析：黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，A、B错误；
任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，D正确；
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，与材料的种类及其表面状况无关，C错误.
2、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（ ）
A
3、(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（ ）
A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B.能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量
D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
ABC
4、下列宏观概念中，是“量子化”的有（ ）
A.人的身高 B.物体的质量
C.汽车的速度 D.大象的头数
D
5、太阳光含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，对这七种色光的认识正确的是（ ）
A.紫光的波长最长 B.红光的能量子最强
C.七种色光的能量均相同 D.紫光的能量子最强
解析：由电磁波谱可知，紫光的波长最短，A错误；
由ε＝hν可知，光的频率越大光子的能量越强，因七种色光中，紫光的频率最大，则紫光的能量子最强，B、C错误，D正确.
D
6、（多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（ ）
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
BC
6、两束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量之比和波长之比分别为（ ）
A、4∶5　4∶5 B、5∶4　4∶5
C、5∶4　5∶4 D、4∶5　5∶4
D
解析：两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，根据E＝Nε，因为E相同，可得光子能量之比为4∶5；再根据ε＝hν＝，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5∶4，故选D.
7、某广播电台的发射功率为10 kW，该电台发射的电磁波在空气中的波长为187.5 m.(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
(1)该电台每秒从天线发射多少个光子？
答案　9.4×1030
(2)若四面八方发射的光子视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率.
答案：3.76×1023　4×10－4 W
解析：设环状天线每秒接收光子数为n个，以电台发射天线为球心，
则半径为R的球面积S＝4πR2，而环状天线的面积S′＝πr2，