1. 普朗克黑體輻射理論
1．了解黑體及黑體輻射的概念。2．了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)。
1．知道黑體與黑體輻射，知道黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及理論解釋。2．了解能量子假說，了解普朗克提出的能量子假說的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究精神。3．了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會能量量子化的提出對人們認(rèn)識物質(zhì)世界的影響。
1．黑體(1)定義：某種物體能夠___________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生_______，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。(2)黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。(3)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的_______有關(guān)。
2．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有_______。(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長_______的方向移動。
『判一判』(1)黑體一定是黑色的物體。(　　)(2)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。(　　)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。(　　)
『選一選』(多選)下列敘述正確的是(　　)A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān)D．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)解析：根據(jù)熱輻射定義知A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯誤，D正確。
『想一想』黑體一定是黑色的嗎？答案：(1)黑體指的是在任何溫度下都能全部吸收任何波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，黑體本身也能向外輻射電磁波，并非在任何溫度下都呈黑色，例如太陽、白熾燈燈絲等，可被當(dāng)作黑體來處理。只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑色。
(2)黑體是一種理想模型，絕對黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某種裝置近似地代替。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，最終不能從空腔射出。這個帶小孔的空腔可近似成一個絕對黑體。
1．普朗克的假設(shè)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_________。即能的輻射或者吸收只能是___________的。這個不可再分的最小能量值ε叫作_________。2．能量子公式ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為_____________。h＝_______________ J·s。(一般取h＝6.63×10－34 J·s)
6.626×10－34
3．能量的量子化微觀粒子的能量是_________的，或者說微觀粒子的能量是_______的。這種現(xiàn)象叫能量的量子化。
『判一判』(4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(　　)(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(　　)
『選一選』(多選)有兩名科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式及其溫度在不同方向上的微小變化而獲得諾貝爾獎，下列說法正確的是(　　　)A．微波是指波長在某一范圍的電磁波B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問題時提出了能量子假說
解析： 微波是波長在10－3 m到10 m的電磁波，A正確；物體中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射，所以黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，B錯誤，C正確；普朗克在研究黑體的熱輻射問題時提出了能量子假說后，成功擬合了黑體輻射實(shí)驗(yàn)曲線。D正確。
要|點(diǎn)|提|煉黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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(1)各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；(2)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。
熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時熱輻射弱，溫度高時熱輻射強(qiáng)。
典|例|剖|析　　　　　(多選)(2023·山西太原師范學(xué)院附中月考)關(guān)于對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是(　　)A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個帶小孔的空腔就可近似為一個黑體
解析： 黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，A錯誤；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)，B錯誤，C正確；帶小孔的空腔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此可近似為一個黑體，D正確。
　　　　　　　　(多選)如圖所示為關(guān)于黑體輻射的圖像，下列判斷正確的是(　　　)A．T1T4C．測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度D．測量某黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度
解析：因隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度增強(qiáng)，同時輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，所以T1>T2>T3>T4，故A錯誤，B正確；測量某黑體輻射強(qiáng)度最強(qiáng)的光的波長可以得知其溫度，故C正確；由題圖可知，黑體輻射的任一波長的光的輻射強(qiáng)度對應(yīng)唯一的溫度，故D正確。
要|點(diǎn)|提|煉1．能量子和量子數(shù)：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，E＝nε，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子數(shù)。就是說輻射或吸收能量時以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，即只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。
2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34 J·s。3．能量子假說的意義(1)普朗克的能量子假說，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(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。
典|例|剖|析　　　　　(1)功率為P的光源向四周發(fā)出能量子，光速為c，光波的波長為λ，普朗克常量為h，求每秒發(fā)出的能量子數(shù)。(2)在離光源d處有一擋板擋光，設(shè)擋板對光是完全吸收的，且擋板正對光源，求在單位面積擋板上的能量子數(shù)。思路點(diǎn)撥：對輻射功率為P的光源輻射能量建立球面模型進(jìn)行求解。
　　　　　　　　以下宏觀概念，屬于“量子化”的是(　　)A．木棒的長度　　　B．物體的質(zhì)量C．物體的動量 D．學(xué)生的個數(shù)解析： 所謂“量子化”是指不連續(xù)的情況，而選項(xiàng)A、B、C中的概念作為宏觀物體的特性，具有連續(xù)性，選項(xiàng)D中的學(xué)生個數(shù)不具有連續(xù)性，因此選D。
(1)黑體是一個理想化的物理模型，實(shí)際不存在；(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。
　　　　　(2023·黑龍江綏化市第一中學(xué)高二期中)關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律不正確的有(　　)A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加B．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動C．能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是普朗克提出的能量量子化理論D．對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是溫度、材料、表面狀況
解析： 黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，故A正確；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故B正確；能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是普朗克提出的能量量子化理論，故C正確；對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是溫度，與材料、表面狀況無關(guān)，故D錯誤。
一、黑體與黑體輻射1．(多選)(2023·甘肅張掖臨澤縣第一中學(xué)高二期中)根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以下判斷正確的是(　　　)A．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B．在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間C．溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長越短
解析：在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間，故A錯誤，B正確；黑體輻射強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，則輻射強(qiáng)度的極大值也就越大，故C正確；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，故D正確。
2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(　　)A．黑體是真實(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)依據(jù)
解析： 黑體并不是真實(shí)存在的，A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(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，故C錯誤；黑體輻射是有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的，故D錯誤。
3．(多選)(2023·江蘇宿遷模擬)關(guān)于黑體和黑體輻射，下列敘述正確的是(　　)A．愛因斯坦通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波C．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)D．黑體輻射隨著溫度的升高，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長的方向移動
解析：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，故A錯誤；根據(jù)黑體的特點(diǎn)可知，黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波，故B正確；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)，溫度升高時，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。
二、能量子4．(多選)(2023·上海高三二模)1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說。下列說法中屬于能量子假說內(nèi)容的是(　　　)A．物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的
解析： 能量子假說認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量，故D錯誤，A、B、C正確。

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1 普朗克黑體輻射理論

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