§4.1普朗克黑體輻射理論

量子論使人們認識了微觀世界的運動規律，并發展了一系列對原子、分子等微觀粒子進行有效操控和測量的技術。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個鐵原子排成的“原子圍欄”。那么，人們認識量子規律的第一步是怎樣邁出的？新課導入『想一想』

煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的溫度，這是根據什么道理？答案：根據熱輻射的規律可知，當物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分越少，頻率比紅光大的其他顏色的光，如橙、黃、藍、綠等光的成分就增多。因此可根據爐內的顏色大致估計爐內的溫度。1、黑體與黑體輻射熱輻射

固體或液體，在任何溫度下都在發射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。

所輻射電磁波的特征與溫度有關。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K熱輻射的應用：紅外測溫儀利用紅外成像探測鈾礦紅外夜視儀

樓房內的亮度與樓房外墻的亮度相比,你會發現什么?為什么?答案:

外墻比房內亮度大;因為外墻和房內的物體均不發光,它們的亮度取決于反射光的強度,外墻反射的光較強,所以看起來更亮,而從窗戶射入的光經過室內墻壁的多次反射和吸收,能從窗戶射出的光極弱,所以房內看起來較暗.思考:

能全部吸收各種波長的輻射能而不發生反射、折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。2.黑體輻射實驗規律對空腔加熱至某熱平衡溫度對空腔加熱至某熱平衡溫度TT不透明材料空腔開一小孔3、黑體輻射測量系統示意圖黑體（小孔表面）T集光透鏡平行光管分光元件會聚透鏡及探頭

分光元件（如棱鏡或光柵等）將不同波長的輻射按一定的角度關系分開，轉動探測系統測量不同波長輻射的強度分布。再推算出黑體單色輻出度按波長的分布。一般物體與黑體的比較

項

目熱輻射特點吸收、反射特點一般物體黑體輻射電磁波的情況與溫度有關,與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

(多選)(2020·江蘇宿遷模擬)關于黑體和黑體輻射，下列敘述正確的是 (

)A．愛因斯坦通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波C．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長的方向移動典例1BC

思路點撥：解決此類問題，要熟知黑體和黑體輻射的概念，并充分理解黑體輻射的相關規律。解析：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一，故A錯誤；根據黑體的特點可知，黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射電磁波，故B正確；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，溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故C正確，D錯誤。1．(多選)關于對熱輻射的認識，下列說法正確的是 (

)A．溫度越高，物體輻射的電磁波越強B．冷的物體只吸收電磁波C．輻射強度按波長的分布情況只與物體的溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．常溫下看到的不透明、非發光物體的顏色是反射光的顏色對點訓練AD

解析：一切物體都在不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強，A正確，B錯誤；選項C是黑體輻射的特性，C錯誤；常溫下看到的不透明、非發光物體的顏色是反射光的顏色，D正確。2.對黑體的認識,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黑體的溫度有關外,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黑體的溫度有關,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多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個空腔就成了一個黑體C對點訓練解析：由于黑體自身輻射電磁波,所以看上去不一定是黑的,所以選項A錯誤;由于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,所以選項B錯誤,選項C正確;小孔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此是小孔成了一個黑體,而不是空腔成了一個黑體,所以選項D錯誤.答案：C想一想：為什么要研究黑體輻射？

一般材料的物體的輻射：除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關。黑體輻射規律只與黑體的溫度有關。所以，研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。測量黑體輻射的實驗原理：

加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。輻射強度：

單位時間內從物體單位面積上所發射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。斯特藩——玻耳茲曼定律0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K輻射強度3.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規律的是（）解析：黑體輻射規律:隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強度都有增加,另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.據此規律可知A圖正確.答案：A對點訓練4.下列敘述正確的是（

）

A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波ACD對點訓練解析：根據熱輻射的定義知,選項A正確;根據熱輻射和黑體輻射的特點知,一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外,還與材料種類和表面狀況有關,而黑體輻射只與黑體的溫度有關,故選項B錯誤,選項C正確;根據黑體的定義知選項D正確.答案：ACD經典物理學所遇到的困難——解釋實驗曲線1）維恩的半經驗公式：公式適合于短波波段，長波波段與實驗偏離。公式只適用于長波段,而在紫外區與實驗不符,----紫外災難2）瑞利----金斯公式：玻爾茲曼常數k=1.38065810-23J/K實驗T=1646k維恩瑞利維恩線瑞利-金斯線實驗瑞利-瓊斯線維恩線T=1646k普朗克線普朗克的擬合結果3.能量子：超越牛頓的發現

普朗克找到了一個數學公式，它與實驗吻合得非常完美。3.能量子超越牛頓的發現ε=hν能量量子經典h=6.626×10-34J.s普朗克的量子化假設的意義(1)普朗克的能量子假設,使人類對微觀世界的本質有了全新的認識,對現代物理學的發展產生了革命性的影響。成為物理學發展史上一個重大轉折點.(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它體現了微觀世界的基本特征.

(1)功率為P的光源向四周發出光子，光速為c，光波的波長為λ，普朗克常量為h，求每秒發出的光子數。(2)在離光源d處有一擋板擋光，設擋板對光是完全吸收的，且擋板正對光源，求光子在單位面積擋板上的光子數。典例2思路點撥：

對輻射功率為P的光源輻射能量時建立球面模型進行求解。5．下列宏觀概念中，是量子化的為 (

)A．物體的質量 B．彈簧振子的能量C．汽車的個數 D．衛星繞地球運行的軌道對點訓練C

解析：

所謂“量子化”是指不連續的情況，而選項A、B、D作為宏觀物體的特性，具有連續性，汽車個數不具有連續性。1．(多選)(2021·甘肅張掖臨澤縣第一中學高二期中)根據黑體輻射的實驗規律，以下判斷正確的是 (

)A．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強度越大B．在同一溫度下，輻射強度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間C．溫度越高，輻射強度的極大值就越大D．溫度越高，輻射強度最大的電磁波的波長越短BCD

小試牛刀解析：在同一溫度下，輻射強度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大波長與最小波長之間，故A錯誤，B正確；黑體輻射強度與溫度有關，溫度越高，黑體輻射的強度越大，則輻射強度的極大值也就越大，故C正確；隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故D正確。2．(多選)(2021·江蘇常州期末)如圖所示為關于黑體輻射的圖像，下列判斷正確的是(

)A．T1＜T2＜T3＜T3B．T1＞T2＞T3＞T4C．測量某黑體輻射強度最強的光的波長可以得知其溫度D．測量某黑體輻射的任一波長的光的輻射強度可以得知其溫度BC

小試牛刀解析：因隨著溫度的升高，輻射強度增強，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，所以T1＞T2＞T3＞T4，故A錯誤，B正確。測量某黑體輻射強度最強的光的波長可以得知其溫度，而不同溫度的黑體可以輻射出相同波長的電磁波，故C正確，D錯誤。3．(多選)(2020·上海高三二模)1900年德國物理學家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說。下列說法中屬于能量子假說內容的是

(

)A．物質發射(或吸收)能量時，能量不是連續的，而是一份一份進行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認為能量是連續的，是不可分割的ABC

小試牛刀解析：能量子假說認為，物質發射(或吸收)能最時，能量不是連續的，而是一份一份進行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量E＝hν，ν為輻射的頻率，h為普朗克常量，故D錯誤，ABC正確。4.對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是（）A.溫度B.材料C.表面狀況 D.以上都正確A解析：

根據黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素知,其只與溫度有關.小試牛刀5.普朗克常量是自然界的一個基本常數,它的數值是(

)A.6.02×10-23mol B.6.625×10-3mol·sC.6.626×10-34J·s D.1.38×10-16mol·sC解析：

普朗克常量是一個定值,由實驗測得它的精確數值為6.626×10-34J·s,在記憶時關鍵要注意它的單位.小試牛刀6.關于黑體輻射的實驗規律敘述正確的有(

)A.隨著溫度的升高,各種波長的輻射強度都有增加B.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C.黑體熱輻射的強度與波長無關D.黑體輻射無任何實驗規律AB解析：黑體輻射的強度與溫度有關,溫度越高,黑體輻射的強度越大,A正確;隨著溫度的升高,黑體輻射的極大值向波長較短的方向移動,B正確;黑體輻射的強度與波長有關,C錯誤;黑體輻射有實驗規律,D錯誤.小試牛刀7.紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是(

)A.紅光 B.橙光C.黃光 D.