第四章 原子结构和波粒二象性\n1．普朗克黑体辐射理论\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。2．了解能量子假说，了解普朗克提出的能量子假说的意义，学习科学家的科学探究精神。3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．黑体(1)定义：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：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。(3)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。完全吸收知识点1黑体与黑体辐射反射温度\n2．黑体辐射的实验规律(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着波长________的方向移动。增加较短\n1．普朗克的假设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__________。即能的辐射或者吸收只能是____________的。这个不可再分的最小能量值ε叫作__________。整数倍知识点2能量子一份一份能量子\n2．能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为______________。h＝_____________J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·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。这种现象叫能量的量子化。普朗克常量6.626×10－34量子化分立\n思考辨析『判一判』(1)黑体一定是黑色的物体。()(2)黑体是一种客观存在的物质。()(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。()(4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。()(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。()××√√√\n『选一选』(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．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关解析：根据热辐射定义知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、C错误、D正确。AD\n『想一想』炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理？答案：根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分越少，频率比红光大的其他颜色的光，如橙、黄、蓝、绿等光的成分就增多。因此可根据炉内的颜色大致估计炉内的温度。\n课内互动探究\n探究黑体辐射的规律情景导入黑体辐射电磁波的强度按波长的分布如图所示，当温度从1300K升高到1700K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？提示：变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。\n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。要点提炼\n热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时热辐射弱，温度高时热辐射强。特别提醒\n(多选)(2020·江苏宿迁模拟)关于黑体和黑体辐射，下列叙述正确的是()A．爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波C．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D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动典例1典例剖析BC\n思路点拨：解决此类问题，要熟知黑体和黑体辐射的概念，并充分理解黑体辐射的相关规律。解析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A错误；根据黑体的特点可知，黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波，故B正确；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，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C正确，D错误。\n1．(多选)关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色对点训练AD\n解析：一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。\n探究能量子情景导入某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光能量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光能量子的能量是多少？\n1．能量子和量子数：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，E＝nε，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子数。就是说辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，即只能从某一状态“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。要点提炼\n2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。3．能量子假说的意义(1)普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。\n(1)功率为P的光源向四周发出光子，光速为c，光波的波长为λ，普朗克常量为h，求每秒发出的光子数。(2)在离光源d处有一挡板挡光，设挡板对光是完全吸收的，且挡板正对光源，求光子在单位面积挡板上的光子数。思路点拨：对辐射功率为P的光源辐射能量时建立球面模型进行求解。典例2典例剖析\n\n\n注意，光在不同的介质中的传播速度不同，当已知光在真空中的波长λ时，要用c＝λν求其频率，其中c是光在真空中的传播速度；当已知光在某介质中的波长为λ介时，要用v＝λ介ν求其频率，其中v是光在介质中的传播速度。因为c＞v，故λ＞λ介，而频率ν是不变的。常见的问题求解有：\n\n2．下列宏观概念中，是量子化的为()A．物体的质量B．弹簧振子的能量C．汽车的个数D．卫星绕地球运行的轨道解析：所谓“量子化”是指不连续的情况，而选项A、B、D作为宏观物体的特性，具有连续性，汽车个数不具有连续性。对点训练C\n核心素养提升\n一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、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\n(1)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在；(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。特别提醒\n(多选)关于黑体和一般物体，下列说法中正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑色的B．一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就可以近似为一个黑体案例BCD\n解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑色的，A错误；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，一般材料的物体辐射电磁波的情况跟温度、材料的种类及表面状况都有关，BC正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此这个带小孔的空腔可以近似为一个黑体，D正确。\n课堂达标检测\n1．(多选)(2021·甘肃张掖临泽县第一中学高二期中)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波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间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BCD\n解析：在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，故A错误，B正确；黑体辐射强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，故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。\n2．(多选)(2021·江苏常州期末)如图所示为关于黑体辐射的图像，下列判断正确的是()A．T1＜T2＜T3＜T3B．T1＞T2＞T3＞T4C．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BC\n解析：因随着温度的升高，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，而不同温度的黑体可以辐射出相同波长的电磁波，故C正确，D错误。\n3．(多选)(2020·上海高三二模)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。下列说法中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．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量E＝hν，ν为辐射的频率，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ABC\n解析：能量子假说认为，物质发射(或吸收)能最时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量E＝hν，ν为辐射的频率，h为普朗克常量，故D错误，ABC正确。
