4.1普朗克黑体辐射理论课件（共25张PPT）2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

(共25张PPT)
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
问题导入
1　普朗克黑体辐射理论
1.了解黑体与黑体辐射的概念。
2.了解黑体辐射的实验规律及黑体辐射电磁波的强度随波长的分布曲线。
3.了解普朗克提出的能量子的概念。
一、黑体与黑体辐射
1.黑体：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。
思考：那怎么样才能得到一个黑体啊？
太阳，白炽灯灯丝近似当做黑体
带小孔的空腔
2. 黑体辐射：黑体向外辐射的电磁波(热辐射)。
黑体辐射：只与温度有关
一般辐射：与温度、材料、表面状况有关
差别大
它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们
因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。
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。
+
-
+
-
+
-
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。
例1.关于黑体辐射电磁波的强度与波长的关系，下图中正确的是(　　)
A B C D
例2.（多选）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
B
AD
例3. (多选)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。如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是(　　)
A.T1>T2
B.T1C.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短的方向移动
例4.下列叙述错误的是(　　)
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
AD
B
例5. (热辐射的规律)图为黑体辐射电磁波的强度与波长的关系图像,从图像可以看出,随着温度的升高,则 (　　)
A.各种波长的辐射强度都有减少
B.只有波长短的辐射强度增加
C.辐射强度的极大值向
波长较长的方向移动
D.辐射强度的极大值向
波长较短的方向移动
D
例6.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
例7.两束能量相同的色光，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
D
例8.一盏电灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为λ＝6.0×10-7m，普朗克常量为6.63×10-34J·s，光速为3×108m/s，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为（ ）
A.2.4×1017个 B.2.4×1016个
C.2.4×1015个 D.2.4×1010个
例9.(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的（ ）
A.是紫外线 B.是红外线
C.光子能量约为1.3×10-18 J
D.光子数约为每秒3.8×1016个
A
BD
例10.萤火虫是一种能发光的小昆虫,我国古代有人叫它“夜照”.萤火虫主要生活在树丛中、小河边.夏天的夜晚,它在空中飞来飞去,尾部那黄绿色的光点一闪一闪的,像一盏盏小灯笼.通常情况下灯泡只有10%的功率用以发光,其余的90%全都转化成热浪费了.而萤火虫却不发热,可以使其功率全部用以发光.若萤火虫发光的功率P=0.01 W,设其发光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s.求:
(1)萤火虫每秒钟辐射的光子数;
(2)在距离荧烛为d=1.0×104 m处,每秒钟落在垂直于光线方向1 cm2面积上的光子数.
答案：(1)5×1016个；(2)4×103个
1.(黑体辐射的规律)黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(　　)
A.温度
B.材料
C.表面状况
D.以上都正确
解析：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,A正确。
A
2.(光电效应的规律)关于光电效应现象,下列说法正确的是(　　)
A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能发生
B.入射光越强,光电子的最大初动能越大
C.发生光电效应需要经过一段时间
D.保持入射光频率不变,发生光电效应时,入射光越强,单位时间内从金属内逸出的光电子数越多
解析：由ε=hν=h 知,当入射光波长大于极限波长时,不能发生光电效应,A错误。由Ek=hν-W0知,最大初动能与入射光频率有关,与入射光的强弱无关,B错误。光电效应几乎是瞬时发生的,C错误。对于一定频率的光,发生光电效应时,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
D
3.(爱因斯坦光电效应方程的应用)下图是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。从图中可知(　　)

A.Ek与ν成正比
B.入射光频率必须小于截止频率νc时,才能产生光电效应
C.对同一种金属而言,Ek仅与ν有关
D.Ek与入射光的强弱有关
解析：由Ek=hν-W0知,C正确,A、B、D错误。
C
知识架构
1.普朗克黑体辐射理论
量子理论
能量子
能量量子化
普朗克（德）
量子理论的基础
微观粒子的能量是量子化的（即能量是分立的）
能量子表式:ε=hν
辐射强度随温度增大，极大值向波长较短方向移动
可以向外辐射电磁波
知识归纳
能量量子化假设
能量子
普朗克
只吸收不反射电磁波
绝对黑体
黑体辐射实验规律
黑体辐射
黑体
1.普朗克黑体辐射理论