资源简介

(共37张PPT)
1　普朗克黑体辐射理论
素养·目标定位
目标素养
1.通过问题探讨了解黑体及黑体辐射概念的建立
2.了解黑体辐射的实验规律,知道黑体热辐射强度与波长的关系
3.理解能量子的概念并能进行简单的应用
知识概览
课前·基础认知
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。
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。
3.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,而对于一般材料的物体,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。
微探究 一座建设中的楼房还没安装窗户,室内已经粉刷,如果从远处向窗内看,你会发现什么 为什么
提示:从远处观察,会发现窗内很暗,这是因为从外界射来的光,经窗口射入室内,大部分光要在室内经过多次反射,才有机会射出窗口,在多次反射的过程中,大部分光被吸收掉,再从窗口射出的光是很少的。
二、 黑体辐射的实验规律
1.通过实验得到黑体在不同温度下辐射电磁波的辐射强度随波长变化的图像。
2.实验规律。
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)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有　增加　;
(2)绝对黑体的温度升高时,辐射强度的极大值向波长　较短　的方向移动。
3.规律解释。
(1)维恩和瑞利的理论解释。
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,但在短波区与实验严重不符。
(2)普朗克公式。
1900年 10 月,　普朗克　找到了
一个数学公式,它与实验吻合得
非常完美。
微判断 (1)黑体一定是黑色的物体。(　　)
(2)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,这种物体就是黑体。(　　)
(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。(　　)
(4)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,与材料的种类及表面状况无关。(　　)
(5)黑体是一种客观存在的物质。(　　)
×
√
√
√
×
三、能量子
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值称为能量子。
2.能量子公式:ε=hν。这里的ν是带电微粒的　振动频率　,即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h 是一个常量,后人称之为　普朗克常量　,其值为h=6.626 070 15×10-34 J·s。
3.普朗克的假设内容: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。
微思考 普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同
提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量是分立的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的。
课堂·重难突破
一 对黑体和黑体辐射的认识
问题探究
黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况,但如果做一个闭合的空腔,在空腔表面开一个小孔,小孔就可以模拟一个黑体,如图所示。
(1)为什么小孔能够模拟黑体
(2)黑体能否向外辐射电磁波
提示:(1)从外面射来的电磁波,经小孔射入空腔,要在腔壁上经过多次反射,在多次反射过程中,外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收,最终不能从空腔射出。小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,所以小孔能够模拟黑体。
(2)黑体能够向外辐射电磁波。
归纳总结
1.对黑体的理解。
(1)黑体是一种理想化的物理模型。
(2)黑体看上去不一定是黑的,有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射,看起来还会很明亮。
2.一般物体与黑体的比较。
比较项 一般物体 黑体
热辐射
特点 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
吸收、反
射特点 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 完全吸收各种入射电磁波,不反射
注意:热辐射不一定要高温,任何温度的物体都有热辐射,只是温度低时热辐射弱,温度高时热辐射强。
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极大值。
(2)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
典型例题
【例1】 有关黑体辐射的研究表明:辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系,此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。如图所示,图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系,
从中可以看出(　　)
A.温度越高,辐射电磁波的波长越短
B.温度越低,辐射电磁波的波长越短
C.同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强
D.不同温度时辐射强度的极大值变化无规律可循
思路引领:黑体辐射与一般物体辐射的不同特点
(1)一切物体都在辐射电磁波,一般物体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。
(2)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。
答案:C
解析:由题图可知,黑体辐射电磁波的波长与温度无关,无论温度高低,黑体都会辐射各种波长的电磁波,选项A、B错误;由题图可知,同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强,选项C正确;温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,选项D错误。
规律方法 黑体的理解要点 (1)黑体完全吸收电磁波而不反射电磁波,同时其本身也辐射电磁波。 (2)黑体并不一定是黑的。 (3)黑体辐射的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,与其他因素无关。
二 能量子和普朗克常量
问题探究
在我们生活的宏观世界里,物体的位置、速度等运动规律,都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里,有着与宏观世界截然不同的规则,如原子、分子和离子等,其能量正如普朗克所假设的那样,只能取某些特定的值。请思考:
由能量量子化假说可知,能量是一份一份的,而不是连续的,请在宏观概念中,举一些我们周围不连续的实例。
提示:自然数,汽车的个数等。
归纳总结
1.量子化的核心思想是“不连续性变化”。普朗克的假设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。普朗克的假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度,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,它展现了微观世界的基本特征,架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。
规律方法 能量子问题的求解方法 (1)在应用能量子分析求解问题时,必须明确能量子的能量为ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h是普朗克常量,其值为h=
成 果 验 收 站
1.(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是(　　)
A.黑体的热辐射实际上是电磁辐射
B.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叫作黑体
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关
D.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)
答案:AB
解析:根据黑体辐射理论可知,黑体的热辐射实际上是电磁辐射,选项A正确。在任何条件下,对任何波长的外来辐射完全吸收而无任何反射的物体叫作黑体,选项B正确。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关,选项C错误。黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,随着温度升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,不能辐射出任何频率的电磁波,选项D错误。
2.使用红外体温计测量体温时,下列说法正确的是(　　)
A.当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线
B.当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C.红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D.红外体温计是依据人体温度越高,辐射的红外线强度越大来测体温的
答案:D
解析:所有物体在任何温度下都会辐射出红外线,选项A、B错误。红外体温计是依据人体发射红外线来测体温的,且人体温度越高,辐射的红外线强度越大,选项C错误,D正确。
3.黑体辐射的实验规律如图所示,关于黑体辐射的叙述正确的是(　　)
A.随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加
B.随温度降低,各种波长的辐射强度都有增加
C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较长
的方向移动
D.黑体辐射电磁波的情况除与温度有关外还
与材料的种类及表面状况有关
答案:A
解析:根据题中图像可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,选项A正确,B错误;根据题中图像可知,随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,选项C错误;黑体辐射电磁波的情况只与温度有关,选项D错误。
6.一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m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=6.63×10-34 J·s。R约为(　　)
A.1×102 m B.3×102 m
C.6×102 m D.9×102 m
答案:B

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