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高二物理（人教版2019）
第四章 原子结构和波粒二象性
普朗克黑体辐射理论
量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
新课导入
1、热辐射
⑴定义
任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。（热传递的三种方式之一）
⑵原因
物体分子无规则运动，辐射电磁波。
⑶特点
物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有）
（这种辐射是由物体的原子、分子受激发产生的，与温度有关，故称为热辐射）
投在炉中的铁块
800K
1000K
1200K
1400K
不发光→
暗红→
赤红→
橘红→
黄白色
例如，铁块随着温度升高：
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射
2、实际热辐射的复杂性
T
T
外来各种波长的辐射能
反射某些波长的辐射能
（随物而异）
吸收某些波长的辐射能
（随物而异）
（故也随物而异）
发射各种波长的热辐射能
对热辐射规律的研究显得较复杂
不透明体
度
于
某
一
温
处
一、黑体与黑体辐射
T
T
外来各种波长的辐射能
无任何反射
能全部吸收各种波长的辐射能
发射各种波长的热辐射能
不透明体
度
于
某
一
温
处
假设有这样一种物体
这种假设的物体称为黑体
不透明体
1、黑体
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
----理想模型
说明：黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在.
一、黑体与黑体辐射
2、黑体的实验模型
对空腔加热
至某热平衡温度
对空腔加热
至某热平衡温度
T
T
通过小孔进入腔内的辐射能反射回小孔出射的机会极小，几乎全部被腔壁吸收。
不透明材料空腔
开一小孔
小孔表面好比黑体
（吸收全部入射的辐射能而无反射）
带小孔的空腔就是一个黑体
（1）黑体辐射的特征：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关，而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。
3、黑体辐射
（2）黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。
4、黑体辐射实验规律
辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
发现：随温度的升高
⑴各种波长的辐射强度都在增加；
⑵辐射强度的最大值向波长较短的方向移动
黑体辐射的实验规律：
维恩
瑞利
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合； （2）瑞利 ─ 金斯公式：长波符合，短波荒唐
新课讲授
5、黑体辐射两种经典解释
在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”。
普朗克公式
普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。
维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。
普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：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的整数倍。
普朗克对黑体辐射理论解释
　
　
　
　
普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε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ε叫做能量子。
三、能量子
1、定义
2.表达式：
ε＝hν
ν带电粒子的振动频率，也叫辐射电磁波的频率
h是一个常量：普朗克常量
h＝ 6.62607015×10-34 J·s
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。
宏观世界中：
能量可以是任意值，可以连续变化。
例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。
微观世界中：
微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子）
连续
分立
宏观世界能量的连续性与微观粒子的能量的量子化，这是宏观世界与微观物理规律最重要的差别之一。
　
　
　
　
普朗克的能量子假设，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。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
3、量子化假设的意义
普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。
1．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　）
A．T1>T2
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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律
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，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体
B
课堂练习
【答案】B
【详解】A．由图可知，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以T1>T2，故A正确，不符合题意；
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关外，与黑体的材料及表面状况无关，故B错误，符合题意；
C．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律,故C正确，不符合题意；
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，就相当于吸收了所有电磁波，这个小孔就可以近似为一个绝对黑体，故D正确。
故选B。
课堂练习
2．能正确解释黑体辐射实验规律的是（　　）
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的微粒说
B
课堂练习
【答案】B
【详解】ABC．根据黑体辐射的实验规律，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，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，故B正确，AC错误；
D．牛顿提出的微粒说只能局限于解决宏观物体的低速运动，不能解释黑体辐射实验规律，故D错误。
故选B。
课堂练习
3．关于对能量子的认识，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ε
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反比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
B
课堂练习
【答案】B
【详解】AB．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，故A错误，B正确；
C．最小能量值ε=hν，ε与ν成正比，故C错误；
D．能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。
故选B。
课堂练习
4．关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（　　）
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
AD
课堂练习
【答案】AD
【详解】普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。
故选AD。
课堂练习
1、(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．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD
小试牛刀
2、(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)
C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
ABD
小试牛刀
3、（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ε
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
BC
小试牛刀
小试牛刀

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