人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第1節(jié)普朗克黑體輻射理論〖學習目標要求〗1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射和實驗規(guī)律。2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。一、黑體與黑體輻射1.黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。2.黑體輻射(1)定義：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。(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。3.黑體輻射的實驗規(guī)律：黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，如圖所示。(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加。(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。〖判一判〗(1)只有高溫物體才能輻射電磁波。(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大。(√)二、能量子1.定義：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，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.表達式：ε＝hν。其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。h稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s。3.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。〖判一判〗(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√)探究1黑體及黑體輻射的理解1.一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、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黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關完全吸收各種入射電磁波，不反射2.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強度都有增加；②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。〖例1〗(多選)關于黑體及黑體輻射，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度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關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表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體〖答案〗CD〖解析〗有些黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關，故選項B錯誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體，故選項D正確。〖針對訓練1〗(多選)(2021·辛集市一中高二月考)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法正確的是()A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動〖答案〗ACD〖解析〗隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。綜上分析A、C、D正確，B錯誤。探究2能量子的理解和計算1.物體在發(fā)射或接收能量的時候，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.在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是帶電微粒的振動頻率，也即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。〖例2〗氦—氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當激光器的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014〖答案〗B〖解析〗一個能量子的能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×10－3×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個)＝3.2×1015(個)。〖針對訓練2〗(多選)對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A.以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C.吸收的能量可以是連續(xù)的D.輻射和吸收的能量是量子化的〖答案〗ABD〖解析〗帶電微粒輻射或吸收能量時是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的。故選項A、B、D正確，C錯誤。1.(黑體和黑體輻射的理解)(2021·遼寧朝陽市模擬)“測溫槍”(學名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。為了得出黑體輻射公式，下列哪位科學家首先把能量子引入物理學()A.普朗克 B.瑞利C.愛因斯坦 D.波爾〖答案〗A〖解析〗1900年年底普朗克大膽假設能量只能是最小能量值的整數(shù)倍，這個最小能量值叫作能量子，并把能量子引入物理學。故選項A正確。2.(黑體和黑體輻射的理解)(多選)關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是()A.一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關B.黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射C.帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D.黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動〖答案〗BCD〖解析〗一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，還與材料的種類及表面情況有關，但黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關，A錯誤；黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，B正確；根據(jù)能量子的概念，帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，C正確；黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，D正確。3.(能量子的理解和計算)(多選)關于普朗克“能量量子化”的假設，下列說法正確的是()A.認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的B.認為能量值是連續(xù)的C.認為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D.認為微觀粒子的能量是分立的〖答案〗AD〖解析〗普朗克的理論認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的，故選項A、D正確。4.(能量子的理解和計算)硅光電池是將光輻射的能量轉化為電能。若有N個波長為λ0的光子打在硅光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量，c為真空中的光速)()A.heq\f(c,λ0) B.Nheq\f(c,λ0)C.Nhλ0 D.2Nhλ0〖答案〗B〖解析〗一個光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ0)，則N個光子的總能量E＝Nheq\f(c,λ0)，選項B正確。第1節(jié)普朗克黑體輻射理論〖學習目標要求〗1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射和實驗規(guī)律。2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。一、黑體與黑體輻射1.黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。2.黑體輻射(1)定義：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。(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。3.黑體輻射的實驗規(guī)律：黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，如圖所示。(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加。(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。〖判一判〗(1)只有高溫物體才能輻射電磁波。(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大。(√)二、能量子1.定義：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，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.表達式：ε＝hν。其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。h稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s。3.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。〖判一判〗(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√)探究1黑體及黑體輻射的理解1.一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、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黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關完全吸收各種入射電磁波，不反射2.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強度都有增加；②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。〖例1〗(多選)關于黑體及黑體輻射，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度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關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表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體〖答案〗CD〖解析〗有些黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關，故選項B錯誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體，故選項D正確。〖針對訓練1〗(多選)(2021·辛集市一中高二月考)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法正確的是()A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動〖答案〗ACD〖解析〗隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。綜上分析A、C、D正確，B錯誤。探究2能量子的理解和計算1.物體在發(fā)射或接收能量的時候，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.在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是帶電微粒的振動頻率，也即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。〖例2〗氦—氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當激光器的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014〖答案〗B〖解析〗一個能量子的能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×10－3×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個)＝3.2×1015(個)。〖針對訓練2〗(多選)對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A.以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C.吸收的能量可以是連續(xù)的D.輻射和吸收的能量是量子化的〖答案〗ABD〖解析〗帶電微粒輻射或吸收能量時是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的。故選項A、B、D正確，C錯誤。1.(黑體和黑體輻射的理解)(2021·遼寧朝陽市模擬)“測溫槍”(學名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。為了得出黑體輻射公式，下列哪位科學家首先把能量子引入物理學()A.普朗克 B.瑞利C.愛因斯坦 D.波爾〖答案〗A〖解析〗1900年年底普朗克大膽假設能量只能是最小能量值的整數(shù)倍，這個最小能量值叫作能量子，并把能量子引入物理學。故選項A正確。2.(黑體和黑體輻射的理解)(多選)關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是()A.一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關B.黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射C.帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D.黑體輻射隨著溫