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第四章 原子结构和波粒二象性
1 普朗克黑体辐射理论
High school physics
了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点
02
了解黑体和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律
01
难点
重点
2022年诺贝尔物理学奖颁给——
法国科学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)
美国科学家约翰·克劳泽(John F. Clauser)
奥地利科学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)
表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所作出的贡献。
什么是量子？
人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
做饭时靠近煤气灶，同学们有什么感觉？
为什么测温枪不直接接触人体，就可测量人体体温？
什么是热辐射？
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
01
黑体与黑体辐射
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
答案　会发现窗内亮度比楼房外墙暗。
射入窗口的光线在室内墙面会发生多次反射和吸收，大部分光线被吸收掉，最后从窗口射出的光线变少。
黑体
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
射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终几乎不能从小口射出
黑体是个理想化的
模型
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
热辐射
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。
1.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.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料
的种类及其表面状况有关
D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体
√
黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，A、B错误；
任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化模型，D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，与材料的种类及其表面状况无关，C错误。
2.(多选)(2025·南阳市高二期末)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，则下列说法正确的是
A.这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体
B.这个空腔壁就可以近似为一个绝对黑体
C.黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波
D.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
√
√
√
带小孔的空腔，射入小孔的电磁波在空腔内表面多次反射和吸收，很难射出，符合黑体能完全吸收入射电磁波不反射的特点，可近似为绝对黑体，故A正确；
空腔壁不具备黑体 “完全吸收入射电磁波而不反射” 的特性，不能近似为黑体，故B错误；
黑体虽不反射电磁波，但可向外辐射电磁波，故C正确；
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，这是黑体辐射的重要规律，故D正确。
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据黑体辐射与温度有关
黑体辐射与温度有怎样的关系呢
02
黑体辐射的实验规律
黑体(小孔表面)
T
集光透镜
平行光管
分光元件
会聚透镜及探头
电炉(控制温度)
分光元件(如棱镜或光栅等)将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出
黑体单色辐出度按波长的分布。
黑体辐射实验原理
黑体辐射实验研究
加热黑体炉使其温度升高，黑体炉就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的
辐射就是黑体辐射。
黑体辐射实验结论
1700K
1500K
1100K
辐射强度
1300K
024
λ/μm
如图所示为黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况，从图中可以看出
1.随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加。
2.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
3.温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
3.(2025·邯郸市高二期中)热辐射是指物体由于具有温度而向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。如图所示，在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体辐射强度与波长的关系。图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由图可知，同一黑体在不同温度下
A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度随温度升高均减小
B.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
C.辐射强度的极大值随温度升高而向波长较长的方向移动
D.辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动
√
由题图可知，同一黑体在不同温度下的辐射强度随温度的升高而增大，故A错误；
由题图可知，同一黑体在不同温度下向外辐射电磁波的总能量随温度升高而增加，故B错误；
同一黑体在不同温度下的最大辐射强度对应的波长向波长较短方向偏移，故C错误，D正确。
03
能量子
普朗克一战封神------超越牛顿的发现
1.能量子：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，这个不可再分的最小能量ε叫作能量子。
弹簧振子
→能量值是连续的
带电微粒→震动→变化的电磁场
连续
分立
h：普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s
3.能量的量子化：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。
2.表达式：ε＝ h ν
ν：带电微粒的振动频率
即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率
电磁波就好像是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好像是一份电磁波。
在一杯开水中放入一支温度计，开水静置在室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看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？
答案　能量子的值非常小，在宏观世界里，一般观测不到能量子的效应，可认为能量是连续的，所以开水的温度是逐渐降低的；
但在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
4.(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
√
√
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；
能量子ε=hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确；
在宏观世界里一般观测不到能量量子化效应，可认为能量是连续的，并不矛盾，D错误。
5.(改编自教材)人眼对绿光最为敏感，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6.63×10-34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率是
A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
√
每秒至少要有6个绿光的能量子射入瞳孔，所以察觉到绿光时所接收到的最小功率为P== W≈2.3×10-18 W，故选A。
黑体辐射：不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波
黑体辐射的实验原理
普朗克黑体辐射理论
黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体
黑体辐射的实验
能量子
振动的带电微粒，它们的能量是某一最小能量 ε 的
整数倍， ε = hν
能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量
黑体辐射的实验规律

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