第1節(jié)普朗克黑體輻射理論課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.了解黑體及黑體輻射的概念。2.了解黑體輻射的實驗規(guī)律。3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容。4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點1.物理觀念：知道黑體輻射、能量子，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。2.科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，提高分析問題、解決問題的能力。3.科學(xué)探究：通過對黑體輻射規(guī)律的探究，揭示實驗規(guī)律，學(xué)會與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識，提高實驗?zāi)芰Α?/span>4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家執(zhí)著探索的科學(xué)精神、實事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。自主學(xué)習(xí)·必備知識教材研習(xí)教材原句要點一黑體的輻射規(guī)律黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度①有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。要點二能量子組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍②。例如，可能是或、 ……把這個不可再分的最小能量值叫作能量子。自主思考①有經(jīng)驗的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的大體溫度，這是根據(jù)什么道理？答案：提示黑體輻射與溫度有關(guān)。②所有粒子的能量值不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比，這種說法對嗎？答案：提示對，粒子的能量一定是“能量子”的整數(shù)倍，由能量子公式可知能量與頻率成正比。名師點睛1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋（1）建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的理論解釋。（2）維恩公式：在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)則與實驗偏離較大。（3）瑞利公式：在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符，由瑞利公式得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。2.能量子的理解（1）能量子公式：，其中ν是電磁波的頻率，稱為普朗克常量。。（2）能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。互動探究·關(guān)鍵能力見學(xué)用161頁探究點一黑體及黑體的輻射規(guī)律情境探究1.黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布如下圖所示。（1）當(dāng)溫度從升高到時，各種波長的輻射強(qiáng)度怎么變化？輻射強(qiáng)度極大值對應(yīng)的波長如何變化？（2）你認(rèn)為現(xiàn)實生活中存在理想的黑體嗎？答案：（1）提示由圖可知，當(dāng)溫度升高時，各種波長的輻射強(qiáng)度變強(qiáng)。輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。（2）提示現(xiàn)實生活中不存在理想的黑體，實際的物體都能輻射電磁波，也都能吸收和反射電磁波，絕對黑體不存在，是一種理想化模型。探究歸納1.黑體的理解（1）黑體是一個理想化的物理模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮。2.一般物體與黑體的比較項目熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射的電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律（1）溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值。（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。（3）普朗克能量量子化假設(shè)對黑體輻射的解釋：在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實驗結(jié)果完全相符。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度按照波長分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實驗值。從圖像看出，兩者吻合的非常完美。探究應(yīng)用例關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(      )A.黑體是真實存在的B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C.隨著溫度升高黑體輻射的各波長的強(qiáng)度有些會增強(qiáng)，有些會減弱D.黑體輻射無任何實驗依據(jù)答案：解析：黑體并不是真實存在的，項錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故項正確；隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，故項錯誤；黑體輻射是有實驗依據(jù)的，故項錯誤。解題感悟黑體的理解要點（1）黑體完全吸收電磁波而不反射電磁波，同時其本身也輻射電磁波。（2）黑體并不一定是黑的。（3）黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。遷移應(yīng)用1.黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法錯誤的是  (      )A.隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動答案：解析：由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來。2.（2021山東聊城高二期中）下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的是(      )A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度無關(guān)C.隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案：解析：一切物體都在輻射電磁波，項正確；實際物體輻射電磁波的情況與溫度、表面情況、材料都有關(guān)；黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)，是實際物體的理想化模型，項錯誤；黑體輻射的強(qiáng)度的極大值隨溫度升高向波長較短的方向移動，項正確；能完全吸收入射到其表面的各種波長的電磁波的物體稱為黑體，項正確。探究點二能量子情境探究1.在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運(yùn)動規(guī)律，都可以通過牛頓力學(xué)精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值。思考下面的問題：（1）普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認(rèn)識有什么不同?（2）由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，請在宏觀概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)的實例。答案：（1）提示宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點則認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個最小能量值，即能量不是連續(xù)的。（2）提示自然數(shù)，汽車的個數(shù)等。探究歸納1.能量子的理解（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是的整數(shù)倍。（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。2.能量量子化假說的意義普朗克的量子化假設(shè)把人類對微觀世界的認(rèn)識推到了一個新的高度，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁。探究應(yīng)用例（2021山東棗莊高二期中）下列關(guān)于能量量子化的說法，正確的是(      )A.能量子與電磁波的頻率成反比B.電磁波波長越長，其能量子越大C.微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的D.能量子假設(shè)是由愛因斯坦最早提出來的答案：解析：由可知，能量子與電磁波的頻率成正比，故項錯誤；由可知，電磁波波長越長，其能量子越小，故項錯誤；普朗克提出了能量子假設(shè)，他認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量都是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故項正確；能量子假設(shè)是由普朗克最早提出來的，故項錯誤。解題感悟能量量子化的理解要點（1）能量只能采取某些分離數(shù)值。（2）能量只能以確定的大?。茨芰孔樱┮环菀环莸剡M(jìn)行變化。（3）能量子是不可再分的。遷移應(yīng)用1.一盞燈發(fā)光功率為，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長為，在距電燈遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，的面積每秒通過的能量子數(shù)約為(普朗克常量，光速 (      )A. B. C. D.答案：解析：設(shè)離燈遠(yuǎn)處每平方米面積上每秒燈照射的能量為，則有，設(shè)穿過的能量子數(shù)為，則有：，解得：，代入數(shù)據(jù)，得：個，故項正確。2.以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是(      )A.物體的長度B.物體所受的重力C.物體的動能D.人的個數(shù)答案：解析：人的個數(shù)只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。其他三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的。

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1 普朗克黑體輻射理論

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