人教版 (2019)选择性必修 第三册1 普朗克黑体辐射理论学案设计

4.1普朗克黑体辐射理论

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一、学习目标

1.掌握热辐射、黑体、黑体辐射的定义与特点

2.通过图像得出黑体辐射强度与波长关系

3.能够说出能量子的概念、普朗克常量的大小，理解ε=hν，并能解决实际问题（发射接受电磁波类题目）

二、课堂主体

主体（一）、黑体与黑体辐射

1. 黑体：如果某种物体能够  完全  吸收入射的各种波长的电磁波而不发生  反射  ，这种物体就是绝对黑体，简称  黑体  ．

如图，在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会发生多次反射和吸收，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 绝对黑体  。

2. 热辐射及黑体辐射：

①热辐射：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，所以叫做热辐射。

热辐射强度按波长的分布情况随物体的 温度、材料种类及表面状况    而有所不同。

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。

一般材料的物体辐射特点：辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与  材料的种类及表面状况  有关；

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。

主体（二）、黑体辐射规律

1. 黑体辐射规律：

 从图中可以看出，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，

另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动  。

2. 物理学史：

①德国物理学家维恩、英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。

维恩公式在  短波  区与实验非常接近，在  长波  区则与实验偏离较大；

瑞利公式在  长波  区与实验基本一致，在  短波  区与实验严重不符。

②为了得出同全部实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家  普朗克  做了多种尝试，推导出了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。

判断题1：

①热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波（×）

②温度越高，物体辐射的电磁波越强（√）

③辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关（×）

④常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色（×）

⑤黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的（×）

⑥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（×）

⑦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，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体（√）

例2：在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象．则下列说法正确的是(　A　)

A．T1>T2  

B．T1<T2  

C．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长方向移动

主体（三）、能量子

①能量子：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，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

②公式：  ε=hν     

其中ν是  带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率  

h是 普朗克常量 ，h＝  6.62607015×10-34 J·s  

③注：c=λν

④普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同：

例如：宏观弹簧振子的能量值是  连续  的。而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是  量子化  的，或者说微观粒子的能量是分立的。这是微观与宏观世界物理规律最重要的差别之一。

例3：（课本习题★★★）可见光波长的大致范围是400〜760nm。 400nm、760nm电磁辐射的能量子ε的值是多少？

4.97×10-19J      2.62×10-19J

例4：（课本习题★★★）在一杯开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的。根据能量量子化理论，开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？

开水向外辐射的每一份能量子能量很小(微观量)，而水降低1℃的能量很大(宏观量)。在宏观世界里观察不到能量量子化的效应，可以认为能量是连续的。所以，观察到的温度计的温度不是一段一段地降低的，可以认为开水的温度是连续变化的。

例5：某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求：

(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? 9.4×1030个   

(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?   N=4×1023个  P收=4×10-4W 

三、随堂练习

1．下列说法正确的是（　　）

A．只有温度高的物体才会有热辐射         

B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量

C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波

D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关

2．普朗克在1900年提出了量子假说，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有量子化特征的是（　　）

A．人的个数 B．物体所受的重力 

C．物体的动能 D．物体运动的距离

3．（2022·全国·高考真题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（   ）

A．1 × 102m B．3 × 102m C．6 × 102m D．9 × 102m

4．四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（　　）

A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大

B．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小

D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符

5．下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（　　）

A． B．C． D．

6．在自然界生态系统中，蛇与老鼠等生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它通过接收热辐射来发现老鼠的存在。假设老鼠的体温t＝37.0℃，它发出的最强的热辐射波长为。根据热辐射理论，与辐射源的热力学温度T关系近似为。已知热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t关系是，则老鼠发出的最强热辐射的波长为（    ）

A． 

B． 

C． 

D．

四、课堂总结

1.黑体和黑体辐射的概念？热辐射概念？黑体辐射规律？

2.能量子概念及公式（各物理量含义）？提出者？

3.发射和接受电磁波类题目如何破题？

五、反思答疑

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