人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论课件（35页PPT）

(共35张PPT)
[学习目标]
1.了解黑体和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律。
2.了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
1.黑体：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。
2.黑体辐射
(1)定义：黑体虽然不____电磁波，却可以向外_____电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
(2)黑体辐射的特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的____有关。
完全吸收
反射
反射
辐射
温度
3.如图所示为黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况，从图中可以看出。
增加
(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有____。
(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长____的方向移动。
(3)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
4.维恩和瑞利的理论公式
(1)维恩公式：在______与实验非常接近，在______则与实验偏离
较大。
(2)瑞利公式：在______与实验基本一致，但在______与实验严重不符。
较短
短波区
长波区
长波区
短波区
[思考探究]
一般物体和黑体辐射电磁波有什么区别？
提示　一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关，而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。
[例1]　(2025·甘肃酒泉期中)(多选)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只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
C.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
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
BD
解析　黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定是黑色的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故C错误，B正确；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，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确。
[例2]　(2025·江苏南通期中)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(　　)
D
A.T1＜T2
B.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
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短的方向移动
解析　不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高，向外辐射的能量中，波长小的波越多，所以T1>T2，故A错误；由题图可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B错误；由题图可知，随着温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故C错误，D正确。
1.定义：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______，这个不可再分的___________叫作能量子。
2.表达式：ε＝___。其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h称为__________，h＝6.626 070 15×10-34 J·s。
3.能量的量子化：微观粒子的能量是______的，或者说微观粒子的能量是____的。
4.对能量子的理解
(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
整数倍
最小能量值ε
hν
普朗克常量
量子化
分立
[思考探究]
在一杯开水中放入一支温度计，开水静置在室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
提示　能量子的值非常小，在宏观世界里，一般观测不到能量量子的效应，可认为能量是连续的，所以开水的温度是逐渐降低的；但在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
[例3]　关于能量量子化，下列说法正确的是(　　)
A.微观粒子的能量变化是连续的
B.微观粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
C.电磁波的波长越长，其能量子越大
D.能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因而它一定是错误的观点
B
[例4]　(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.能量子假说中将不可再分的最小能量值，称为“能量子”
C.能量子假说中的能量子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
解析　能量子假说认为，物体发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份不可再分的最小能量值，称为“能量子”，它的表达式为ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，A、B、C正确。
ABC
1.(黑体与黑体辐射)关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是(　　)
A.黑体一定是黑色的
B.黑体可以反射电磁波
C.黑体辐射电磁波的能量是不连续的
D.一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波
解析　黑体指的是在任何温度下都能全部吸收任何波长的电磁波而不发生反射的物体，黑体本身也能向外辐射电磁波，并非在任何温度下都呈黑色，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色，A、B错误；黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍，C正确；自然界的任何物体都向外辐射电磁波，温度越高，辐射电磁波的本领越强，故D错误。
C
2.(黑体辐射的实验规律)(多选)如图所示为关于黑体辐射的图像，下列判断正确的是(　　)
BC
A.T1B.T1>T2>T3>T4
C.测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度
D.测量某黑体辐射的任一波长的光的辐射强度可以得知其温度
解析　因随着温度的升高，黑体辐射强度增强，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以T1>T2>T3>T4，故A错误，B正确；测量某黑体辐射强度最强的光的波长可以得知其温度，故C正确，D错误。
3.(能量子)(多选)对于带电微粒辐射或吸收电磁波的特点，以下说法正确的是(　　)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射或吸收的能量是量子化的
解析　带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A、B、D正确，C错误。
ABD
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[基础巩固练]
1.(多选)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
解析　根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误，C正确；根据黑体的定义知，D正确。
ACD
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2.(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是(　　)
A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率(波长)的电磁波(包括可见光和不可见光)
C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
ABD
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解析　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，故A正确；黑体的温度升高时，一方面，各种波长的辐射强度都有增加(包括可见光和不可见光)，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，普朗克提出能量量子化理论对黑体辐射的实验规律进行了解释，故C错误，D正确。
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3.能量子假说是对经典物理学思想与观念的一次突破。“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”，作出这一大胆假设的科学家是(　　)
A.库仑 B.普朗克
C.密立根 D.爱因斯坦
解析　能量子假说是对经典物理学思想与观念的一次突破。“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”，作出这一大胆假设的科学家是普朗克，故选B。
B
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4.对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　一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关；但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，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确，B、C、D错误。
A
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5.关于黑体辐射，下列说法正确的是(　　)
A.一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波
B.黑体在不断地辐射电磁波，且温度越高辐射电磁波的波长越长
C.黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，因此肉眼看不到黑体
D.黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍
解析　自然界的任何物体都向外辐射电磁波，故A错误；黑体在不断地辐射电磁波，且温度越高辐射电磁波的波长越短，故B错误；黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，但黑体辐射电磁波，肉眼能看到黑体，故C错误；根据量子化的理论，黑体辐射电磁波的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故D正确。
D
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6.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法正确的是(　　)
ACD
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
解析　随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的
极大值向波长较短的方向移动。综上分析A、C、D正确，B错误。
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7.(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
解析　由普朗克能量子假说可知，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，A、D错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确。
BC
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8.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
解析　由黑体辐射实验规律知，温度越高，辐射越强，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误。
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[能力提升练]
9.红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过时，便可知道被测者的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(　　)
A.人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B.仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强
D.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强
C
解析　根据热辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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。人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可以知道这个人的体温，故C正确。
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[拓展培优练]
12.激光技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果。一台功率为10 W的氩激光器，能发出波长λ＝500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3 J的能量，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，求：
(1)每次“点焊”视网膜的时间；
(2)在一次“点焊”的时间内发出的激光光子的数量。
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答案　(1)2×10-4 s　(2)5×1015个