(共25张PPT)
普朗克黑体辐射理论
人教版高中物理
选择性必修3
新知导入
一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？
向远处观察打开的窗子近似黑色。
新知讲解
一、黑体与黑体辐射
不透明材料
制成的带小孔的空腔
空腔上的小孔
物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。
如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为黑体。
新知讲解
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
加热空腔使其温度升高，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
空腔
平行光管
三棱镜
新知讲解
二、黑体辐射的实验规律
辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。
新知讲解
一般物体与黑体的比较
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温度有关,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入射波长等因素有关
黑体
辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
完全吸收各种入射电磁波,不反射
现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。
课堂练习
1、正误判断
(1)黑体一定是黑色的物体。( )
(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( )
(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。( )
(4)黑体是一种客观存在的物质。( )
(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。( )
(6)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。( )
(7)能量子是可以再分的。( )
(8)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。( )
答案(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×
新知讲解
经典物理学所遇到的困难
解释实验曲线——一朵令
人不安的乌云
（1）维恩的半经验公式：
短波符合，长波不符合。
（2）瑞利—金斯公式：
长波符合，短波荒唐。
——紫外灾难
新知讲解
19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的
Maxwell方程。
另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”
新知讲解
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
量子力学
相对论
微观领域
高速领域
经典力学
新知讲解
三、能量子：超越牛顿的发现
普朗克能量子假设
1.
辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：E
＝
nε
，n＝1，2，…；
2.
ε
叫能量子，简称量子，n
为量子数，它只取正整数——能量量子化；
3.黑体中振动的分子、原子可看作谐振子（振动的微粒），谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；
4.
对于频率为ν的谐振子（其辐射的电磁波频率也为ν），最小能量为：ε＝hν
。
h＝
6.626×10－34
J
·
s
——普朗克常量
能量
经典
量子
新知讲解
普朗克能量子理论成功解释黑体辐射
黑体辐射公式
1900
年
10月
19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式。
新知讲解
Planck
抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h＝6.626×10－34J
·
s。
新知讲解
年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为
v
的光的能量子为
hv，h
为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子
(photon)。
新知讲解
能量量子化——物理学的新纪元
跨出了真正说明物质世界量子性的第一步
牛顿以来物理学
最伟大的发现之一
课堂练习
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
解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选AD。
AD
拓展提高
1、
(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方向移动
拓展提高
解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出,λ1<λ2,T1>T2,本题正确选项为A、D。
答案：AD
规律方法：
1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。
2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。
拓展提高
2、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
解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。
B
拓展提高
3、(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是
( )
A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间
C.温度越高,辐射强度的极大值就越大
D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短
解析：在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,且辐射强度的极大值也就越大,C正确;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D正确,故选B、C、D。
BCD
课堂总结
普朗克黑体辐射理论
黑体辐射
能量子
黑体
黑体辐射的特点
黑体辐射的实验规律
定义
能量量子化的意义
板书设计
普朗克黑体辐射理论
黑体辐射
能量子
黑体
黑体辐射的特点
黑体辐射的实验规律
定义
能量量子化的意义
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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4.1普朗克黑体辐射理论教学设计
课题
普朗克黑体辐射理论
单元
4
学科
物理
年级
选修3
学习目标
物理观念：知道黑体辐射、能量子的概念科学思维：掌握黑体辐射的规律，提高分析问题、解决问题的能力。科学探究：通过对黑体辐射的规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。科学态度与责任：学会解释黑体辐射的规律，实事求是，理解能量子、光子，培养探索科学的兴趣。
重点
掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。
难点
掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？向远处观察打开的窗子近似黑色。
观察对面教室的窗户，描述所观察到的现象。
结合生活中常见的现象，引出较为抽象的新知识。
讲授新课
一、黑体与黑体辐射物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为黑体。加热空腔使其温度升高，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。二、黑体辐射的实验规律辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。一般物体与黑体的比较现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。课堂练习1、正误判断(1)黑体一定是黑色的物体。( )(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( )(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。( )(4)黑体是一种客观存在的物质。( )(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。( )(6)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。( )(7)能量子是可以再分的。( )(8)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。( )答案(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)× (8)×经典物理学所遇到的困难解释实验曲线——一朵令
人不安的乌云（1）维恩的半经验公式：
短波符合，长波不符合。（2）瑞利—金斯公式：长波符合，短波荒唐。
——紫外灾难19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的
Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”三、能量子：超越牛顿的发现
普朗克能量子假设
1.
辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：E
＝
nε
，n＝1，2，…；2.
ε
叫能量子，简称量子，n
为量子数，它只取正整数——能量量子化；3.黑体中振动的分子、原子可看作谐振子（振动的微粒），谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；
4.
对于频率为ν的谐振子（其辐射的电磁波频率也为ν），最小能量为：ε＝hν
。h＝
6.626×10－34
J
·
s
——普朗克常量普朗克能量子理论成功解释黑体辐射Planck
抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h＝6.626×10－34J
·
s。年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为
v
的光的能量子为
hv，h
为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子
(photon)。课堂练习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.学生的个数解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选AD。答案：AD
理解黑体的概念。观察辐射强度和辐射波波长之间的关系图，并总结其特点。完成课堂练习。阅读材料，了解经典力学的局限性。了解科学前辈为科学的发展做出不懈努力。理解能量子的概念。阅读材料，了解科学家的历史。完成课堂练习。
在介绍黑体过程中应强调黑体的理想化特点。让学生明白黑体是一个理想化模型。让血神自己总结规律，发现知识点，提高学生学习的独立性和自主性。帮助学生养成实事求是的科学精神和坚持不懈的科学态度。通过图片展示微观世界中能量是分立值的特点。
拓展提高
1、
(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>T2B.T1T2,本题正确选项为A、D。答案：AD规律方法：1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。2、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解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。答案：B3、(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是
( )A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间C.温度越高,辐射强度的极大值就越大D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短解析：在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,且辐射强度的极大值也就越大,C正确;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D正确,故选B、C、D。答案：BCD
完成拓展提高。
巩固本节课基础知识，并熟练应用。
课堂小结
一、黑体辐射1、黑体2、黑体辐射的特点3、黑体辐射的实验规律二、能量子1、定义2、能量量子化的意义
总结课堂知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书
一、黑体辐射1、黑体2、黑体辐射的特点3、黑体辐射的实验规律二、能量子1、定义2、能量量子化的意义
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精品试卷·第
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