2.1拨开黑体辐射的疑云 学案（2020年沪科版高中物理选修3-5）

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1、21拨开黑体辐射的疑云学习目标1.了解热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律.2.了解能量子的概念及其提出的科学过程.3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点一、黑体与黑体辐射导学探究1什么是热辐射？这种辐射与温度有何关系？答案物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强2什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？答案能够完全吸收各种波长的电磁波而不产生反射的物体，叫做黑体黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和

2、表面状况)知识梳理1热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同2黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不产生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体(2)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温度有关即学即用判断下列说法的正误(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)只有高温物体才能辐射电磁波()(4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大()二、黑体辐射的实验规律导学探究1黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1

3、所示，当温度从750 K升高到6 000 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？辐射强度最大值对应的波长如何变化？图1答案变强辐射强度最大值向波长较短的方向移动，即变短2你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案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，是理想化的模型知识梳理1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增加(2)随着温度的升高，辐射强度的最大值向着波长较短的方向移动2紫外灾难如图2所示，维恩公式只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验相差很大；瑞利公式是在长波部分与实验吻合，在短波部分

4、偏差较大，尤其是在紫外线一端图2即学即用判断下列说法的正误(1)黑体是一种客观存在的物质()(2)黑体辐射随温度升高强度变强()三、能量子1定义：普朗克认为，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，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的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子2能量子大小：h，其中是振子的频率，h称为普朗克常量h6.6261034Js(一般取h6.631034 Js)3能量的量子化：在微观世界中能量是不能连续变化的，只能取分立值即学即用判断下列说法的正误(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍()(2)能量子的能量不是任意的，其大小

5、与振子的频率成正比()一、黑体辐射的规律1对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替如图3所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的光线在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个空腔就成了一个绝对黑体图32一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、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3.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最大值(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都

6、有增加；辐射强度的最大值向波长较短的方向移动，如图4所示图4例1(多选)黑体辐射的实验规律如图5所示，由图可知()图5A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，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的最大值向波长较长的方向移动答案ACD解析由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的最大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来针对训练1关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波B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C黑体

7、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以上均不对答案C针对训练2(2018辛集中学期中)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()答案A解析随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动由此规律可知应选A.二、能量子的理解和计算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

8、子时必须考虑能量量子化3能量子的能量h，其中h是普朗克常量，是振子的频率例2(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B辐射和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辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值能量子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错误例3人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为6.631034 Js，真空中光速为3108 m/s，则人

9、眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A2.31018 W B3.81019 WC7.01010 W D1.21018 W答案A解析因只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察觉所以察觉到绿光所接收的最小功率P，式中E6，又hh，则P W2.31018 W.针对训练3“神光”装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长为0.35 m的紫外激光，已知普朗克常量h6.631034 Js，真空中光速c3.0108 m/s，则该紫外激光所含能量子数为多少个？(结果保留两位有效数字)答案4.21021解析每个激光能量子的能量为h，该紫外激光中所含光子数为n个4.21021个1思

10、维程序：c光的频率能量子的能量激光束的总能量En能量子的个数2解决此类题目的关键是熟练掌握h和c及EnPt等公式1.(对黑体辐射规律的理解)(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度如图6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()图6AT1T2BT1T2C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，辐射强度的最大值向波长较短方向移动答案AD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

11、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，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动从题图中可以看出，1T2，本题正确选项为A、D.2(对能量子的理解)(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，因而是错误的答案BC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错误，B正确；最小能量值h，C正确3(能量子的理解及h的应用)二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.41031.6103 m，相应的频率范围是_，相应的光子能量的范围是_(已知普朗克常量h6.61034Js，真空中的光速c3.0108 m/s.结果取两位有效数字)答案1.910112.11011Hz1310221.41022J解析由c得，则求得频率范围为1.910112.11011Hz.又由h得能量范围为1.310221.41022J.