第四章

原子結構和波粒二象性第1節

普朗克黑體輻射理論課標解讀課標要求素養要求1.了解黑體及黑體輻射的概念。2.了解黑體輻射的實驗規律。3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內容。4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點1.物理觀念：知道黑體輻射、能量子，能解釋相關現象。2.科學思維：掌握黑體輻射的規律并能解釋相關現象，提高分析問題、解決問題的能力。3.科學探究：通過對黑體輻射規律的探究，揭示實驗規律，學會與他人合作交流，培養探究意識，提高實驗能力。4.科學態度與責任：學習科學家執著探索的科學精神、實事求是的科學態度，培養探究科學的興趣。要點一黑體的輻射規律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的______①有關。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。

溫度要點二能量子

整數倍①有經驗的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的大體溫度，這是根據什么道理？

[答案]提示黑體輻射與溫度有關。②所有粒子的能量值不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比，這種說法對嗎？

1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋（1）建立理論的基礎：依據熱學和電磁學的知識尋求黑體輻射的理論解釋。（2）維恩公式：在短波區與實驗非常接近，在長波區則與實驗偏離較大。（3）瑞利公式：在長波區與實驗基本一致，但在短波區與實驗嚴重不符，由瑞利公式得出的荒謬結果被稱為“紫外災難”。2.能量子的理解

探究點一

黑體及黑體的輻射規律黑體輻射的強度按波長分布如下圖所示。

[答案]提示由圖可知，當溫度升高時，各種波長的輻射強度變強。輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。（2）你認為現實生活中存在理想的黑體嗎？

[答案]提示現實生活中不存在理想的黑體，實際的物體都能輻射電磁波，也都能吸收和反射電磁波，絕對黑體不存在，是一種理想化模型。1.黑體的理解（1）黑體是一個理想化的物理模型，絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發生多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮。2.一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的電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規律（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，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。（3）普朗克能量量子化假設對黑體輻射的解釋：在能量量子化假設的基礎上，普朗克得出了黑體輻射的強度按照波長分布的公式，根據公式得出的理論結果與實驗結果完全相符。如圖所示，曲線是根據普朗克公式得出黑體輻射強度按照波長分布的函數圖像，小圓圈代表黑體輻射的實驗值。從圖像看出，兩者吻合的非常完美。例關于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是(

)A.黑體是真實存在的B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元C.隨著溫度升高黑體輻射的各波長的強度有些會增強，有些會減弱D.黑體輻射無任何實驗依據

B解題感悟黑體的理解要點（1）黑體完全吸收電磁波而不反射電磁波，同時其本身也輻射電磁波。（2）黑體并不一定是黑的。（3）黑體輻射的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與其他因素無關。1.黑體輻射的實驗規律如圖所示，由圖可知，下列說法錯誤的是(

)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

B

[解析]由圖可知，隨溫度升高，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，當溫度降低時，上述變化都將反過來。2.（2021山東聊城高二期中）下列關于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的是(

)A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的強度與溫度無關C.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D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波

B探究點二

能量子在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運動規律，都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規則，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設的那樣，只能取某些特定的值。思考下面的問題：（1）普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同?

[答案]提示宏觀世界中我們認為能量是連續變化的，普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的，每一份是一個最小能量值，即能量不是連續的。（2）由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續的，請在宏觀概念中，舉一些我們周圍不連續的實例。

[答案]提示自然數，汽車的個數等。1.能量子的理解

例（2021山東棗莊高二期中）下列關于能量量子化的說法，正確的是(

)A.能量子與電磁波的頻率成反比B.電磁波波長越長，其能量子越大C.微觀粒子的能量是不連續（分立）的D.能量子假設是由愛因斯坦最早提出來的

C解題感悟能量量子化的理解要點（1）能量只能采取某些分離數值。（2）能量只能以確定的大小（即能量子）一份一份地進行變化。（3）能量子是不可再分的。

C

2.以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是(

)A.物體的長度 B.物體所受的重力C.物體的動能 D.人的個數

D

[解析]人的個數只能取正整數，不能取分數或小數，因而是不連續的，是量子化的。其他三個物理量的數值都可以取小數或分數，甚至取無理數也可以，因而是連續的，非量子化的。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

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；常溫下看到的不透明、非發光物體的顏色是反射光的顏色。

ACD

B

B

B1.下列宏觀概念是“量子化”的是(

)A.物體的質量 B.木棒的長度C.花生米的粒數 D.物體的動量

C

[解析]花生米的粒數只能取正整數，不能取分數或小數，因而是不連續的，是量子化的。2.（多選）以下關于輻射強度與波長關系的說法中正確的是(

)A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B.當鐵塊呈現黑色時，說明它的溫度不太高C.當鐵塊的溫度較高時會呈現赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強D.早、晚時分太陽呈現紅色，而中午時分呈現白色，說明中午時分太陽溫度最高

BC

[解析]由輻射強度隨波長變化關系圖知，隨著溫度的升高，各種波長的波的輻射強度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波。

BC

A

5.普朗克在研究黑體輻射的基礎上，提出了量子理論，下列關于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(

)A.B.C.D.

D

[解析]黑體輻射的波長分布情況隨溫度而變，溫度越高各種波長的輻射強度都增加，輻射強度的極大值向波長短的方向移動。6.（2021安徽阜陽潁東衡水實驗中學高二調研）關于對黑體的認識，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