高中物理 4.1 黑体辐射实验规律课堂演练 教科版选修35

选修3-5一、黑体和黑体辐射1.热辐射现象任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。

这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。

①物体在任何温度下都会辐射能量。

②物体既会辐射能量，也会吸收能量。

物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。

辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。

此时温度恒定不变。

实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。

2.黑体物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射的能量的本领。

黑体是指在任何温度下，吸收任何波长的全部辐射的物体。

3.实验规律：①随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动二、光电效应1.光电效应光电效应的实验规律：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。

③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。

2.光子说光子论：爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。

即：νεh =. 其中ν是电磁波的频率，h 为普朗克恒量：h =6.63×10－34s J ⋅3.光子论对光电效应的解释金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。

4.光电效应方程：0W h E k -=νE k 是光电子的最大初动能，当E k =0 时，νc 为极限频率，νc =hW 0. 三、光谱光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。

波粒二象性练习题1．（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）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短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动2．关于光电效应，下列说法正确的是（）A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多3．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（）A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用红光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加4．用绿光照射光电管，产生了光电效应，欲使光电子逸出时的最大初动能增大，下列作法可取的是（）A．改用红光照射 B．增大绿光的强度C．改用紫光照射 D．增大光电管上的加速电压5．一束绿光照射某金属发生了光电效应，下列说法中正确的是（）A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增大B．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增大C．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加D．若改用红光照射，则一定没有光电子逸出6．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。

则可判断出（）A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能7．如图所示，分别用功率相同的甲光和乙光照射相同的光电管阴极，甲光的频率为ν1，乙光的频率为ν2，ν1＜ν2，产生的光电流I随阳极与阴极间所加电压U的变化规律正确的是（）A． B．C． D．8．（多选）用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA．移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则（）A．遏止电压为1.8VB．电键S断开后，有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为0.7eVD．当电压为0.7 V时，没有光电子逸出9．（多选）图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是（）A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C．只要增大电压，光电流就会一直增大D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应10．（多选）研究光电效应的电路图如图所示，以下说法正确的是（）A．光电效应现象说明了光具有粒子性B．若用红光照射时电流表示数不为零，则在其它条件不变的情况下，换用蓝光照射时电流表示数也一定不为零C．在光照条件一定的情况下，当阳极A和阴极K之间所加的电压为零时，电流表的示数也一定为零D．在光照条件一定的情况下，向右滑动变阻器的滑片，则电流表的示数一定随之增大11．（多选）用同一实验装置甲研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，均为U c1，根据你所学的相关理论下列论述正确的是（）A．三个光束的频率都大于阴极金属板的极限频率B．B光束光子的动量最大C．三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多D．三个光束中A光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多E．若B光是氢原子由第2能级向基态跃迁时产生的，则C光可能是氢原子由更高能级跃迁到基态产生的12．（多选）在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大动能E k与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出（）A．该金属的极限频率和极限波长 B．普朗克常量C．该金属的逸出功 D．单位时间内逸出的光电子数13．（多选）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0. 5）．由图可知（）A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV14.（多选）如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，由图象可知（）A．图线的斜率表示普朗克常量hB．该金属的逸出功等于EC．该金属的逸出功等于hν0D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2EE．入射光的频率为v02时，产生的光电子的最大初动能为E215．（多选）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和﹣b，电子电荷量的绝对值为e，则（）A．普朗克常量可表示为keB．若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b 改变C．所用材料的逸出功可表示为ebD．b由入射光决定，与所用材料无关16．（多选）用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的具有最大初动能的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为R甲：R乙=3：1，则下列说法中正确的是（）A．两种金属的逸出功之比为3：1B．两种光电子的速度大小之比为3：1C．两种金属的逸出功之比为1：3D．两种光电子的动量大小之比为3：117．（多选）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为v0，则（）A．当入射光的频率v大于v0时，若v增大，则逸出功增大B．当用频率为2v0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hv0C．当用频率为2v0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子D．当入射光的频率v大于v0时，若v增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍18．某金属用频率为ν1的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为ν2的光照射时产生的光电子的最大初动能的2倍，则该金属的逸出功W=．19．如图1所示是使用光电管的原理图，当频率为v的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过。

《普朗克黑体辐射理论》学历案（第一课时）一、学习主题本学习主题为《普朗克黑体辐射理论》。

普朗克是物理学中的一颗璀璨之星，其黑体辐射理论在物理历史上有着重要的地位。

学习此主题旨在使学生了解并掌握普朗克黑体辐射理论的基本概念、原理及其在物理学中的应用，为后续的物理学习打下坚实的基础。

二、学习目标1. 知识与理解：掌握黑体辐射的基本概念，理解普朗克黑体辐射理论的提出背景及主要内容。

2. 过程与方法：通过实验观察和数据分析，了解黑体辐射的规律，培养观察、分析和解决问题的能力。

3. 情感态度与价值观：培养学生对物理学的好奇心和探索精神，增强学生的科学素养和创新能力。

三、评价任务1. 知识性评价：通过课堂小测验、课堂回答问题等形式，检验学生对黑体辐射及普朗克理论相关知识的掌握情况。

2. 技能性评价：通过实验操作、实验报告等形式，评价学生观察、分析和解决问题的能力。

3. 过程性评价：通过学生的课堂表现、参与度、合作能力等方面，评价学生的学习态度和情感态度。

四、学习过程1. 导入新课：通过回顾前一个课题的内容，引出黑体辐射的概念，并介绍普朗克黑体辐射理论的背景。

2. 新课学习：讲解普朗克黑体辐射理论的基本概念、原理及在物理学中的应用。

通过实验观察和数据分析，让学生了解黑体辐射的规律。

3. 课堂互动：组织学生进行课堂讨论，让学生分享对普朗克黑体辐射理论的理解和看法。

教师根据学生的讨论情况，进行针对性的指导和讲解。

4. 课堂小结：总结本节课的学习内容，强调重点和难点，回答学生的疑问。

五、检测与作业1. 课堂检测：进行课堂小测验，检验学生对普朗克黑体辐射理论相关知识的掌握情况。

2. 作业布置：布置与普朗克黑体辐射理论相关的作业题，包括选择题、填空题和简答题等。

要求学生通过查阅资料、思考和练习等方式，巩固所学知识。

3. 实验报告：要求学生完成实验报告，包括实验目的、实验步骤、实验数据及分析等内容。

通过实验报告的评价，检验学生的实验能力和分析问题的能力。

4.1普朗克黑体辐射理论一：知识精讲归纳考点一、黑体与黑体辐射1．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．2．黑体辐射(1)定义：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．(2)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．技巧归纳：(1)黑体是一个理想化的物理模型．(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①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示．考点二：能量子1．定义：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ε叫作能量子．2．表达式：ε＝hν.其中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称为普朗克常量．h＝6.626 070 15×10－34 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．技巧归纳：1．普朗克的量子化假设(1)能量子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，例如可能是ε或2ε、3ε……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叫作能量子．(2)能量子表达式：ε＝hνν是带电微粒的振动频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.62607015×10－34J·s.(3)能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．2．对能量量子化的理解(1)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．(2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．二：考点题型归纳题型一：黑体与黑体辐射1．（2022春·湖南益阳·高二校联考期末）关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（）A．温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动B．温度升高，辐射强度的极大值向频率较高的方向移动C．黑体既反射电磁波，也向外辐射电磁波D．爱因斯坦最先提出了能量子的概念，很好的解释了黑体辐射2．（2022春·江苏徐州·高二统考期中）关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是（）A．黑体一定是黑色的B．黑体可以反射电磁波C．黑体辐射规律表明，电磁波的能量是不连续的D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的形状有关3．（2021春·浙江绍兴·高二诸暨中学期中）关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越长C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，因此肉眼看不到黑体D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍题型二：黑体辐射实验规律f v 4．（2023春·陕西榆林·高二校考期中）某气体在1T、2T两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标()表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了1T、2T两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（）A．图甲中1T>2T，图乙中1T>2T B．图甲中1T<2T，图乙中1T<2TC．图甲中1T<2T，图乙中1T>2T D．图甲中1T>2T，图乙中1T<2T5．（2023秋·宁夏吴忠·高二吴忠中学校考期末）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。

1量子概念的诞生[目标定位] 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的试验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说．一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：四周的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布状况随物体的温度而有所不同．2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸取入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是确定黑体，简称黑体．(2)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．想一想在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明白什么问题？答案在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．二、黑体辐射的试验规律1．随着温度的上升，各种波长的辐射强度都增加．2．随着温度的上升，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．想一想你认为现实生活中存在抱负的黑体吗？答案现实生活中不存在抱负的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸取和反射红外线(电磁波)，确定黑体不存在，是抱负化的模型．三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸取能量时，只能是辐射或吸取某个最小能量值的整数倍，这个不行再分的最小能量值ɛ叫做能量子．2．大小：ɛ＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10－34__J·s(一般h取6.63×10－34 J·s).一、对黑体辐射规律的理解1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．2．黑体是指只吸取而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，图4－1－1所以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．黑体辐射的试验规律：随着温度的上升，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．如图4－1－1所示．【例1】图4－1－2在试验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图4－1－2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是()A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的上升，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的上升，辐射强度的极大值向波长较短方向移动答案AD解析一般材料的物体辐射能的多少打算于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和放射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸取任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．试验表明，随着温度的上升，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.借题发挥随着温度的上升，各种波长的辐射本事都在增加，当黑体温度上升时，辐射本事最大值向短波方向移动，这是黑体辐射的特点，生疏黑体辐射特点是解决问题的关键．针对训练下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射试验规律的是()答案A解析随着温度的上升，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误．二、能量子的理解和ε＝hν的应用1．物体在放射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不行能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．2．在宏观尺度内争辩物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在争辩微观粒子时必需考虑能量量子化．3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．【例2】光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm 电磁辐射的能量子的值各是多少？答案 4.97×10－19 J 2.84×10－19 J解析依据公式ν＝cλ和ε＝hν可知：400 nm对应的能量子ε1＝hcλ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J＝4.97×10－19 J.700 nm对应的能量子ε2＝hcλ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10－9J＝2.84×10－19 J.借题发挥(1)求解本题关键有两点：一是能依据已知条件求得每一个能量子的能量，另外必需明确激光器放射的能量是这些能量子能量的总和．(2)这类习题数量级比较大，留意运算当中提高运算精确率．【例3】对于带电微粒的辐射和吸取能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸取B．辐射和吸取的能量是某一最小值的整数倍C．吸取的能量可以是连续的D．辐射和吸取的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒的辐射和吸取能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸取的，是不连续的．故选项A、B、D正确，C选项错.对黑体辐射规律的理解1．下列叙述正确的是()。

黑体辐射实验规律1．根据热辐射理论，物体发出光的最大波长λ与物体绝对温度T 的关系满足维恩公式T λ＝2.9×10－3m·K.若猫头鹰的猎物—蛇在夜间体温为27 ℃(300 K)如图4-1-6所示，则它发出光的最大波长为________ m ，属于________波段．图4-1-6答案 9.7×10－6红外线2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )．A ．温度B ．材料C ．表面状况D ．以上都正确 解析 根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关．答案 A对普朗克能量子的理解3．对应于3.4×10－19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色？ 解析 根据公式ε＝h ν和ν＝c λ得 ν＝εh ＝3.4×10－196.63×10－34 Hz ＝5.13×1014 Hz ， λ＝c ν＝3.0×1085.13×1014 m ＝5.85×10－7 m. 5．13×10－14 Hz 的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85×10－7 m.答案 5.13×1014 Hz 5.85×10－7 m 黄色4．人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 nm 处，它对应的是何种辐射？能量子的值为多大？解析 查表知波长为940 nm 的辐射为红外辐射．其能量子的值ε＝h ν＝hc λ＝6.63×10－34×3.0×108940×10－9 J ＝2.12×10－19 J.答案 红外辐射 2.12×10－19 J。

1量子概念的诞生[学习目标] 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念,知道黑体辐射的实验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说.一、热辐射1.定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫热辐射.2.特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.二、黑体与黑体辐射1.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.2.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.三、能量子1.定义：普朗克认为,黑体辐射是谐振子向外辐射的各种电磁波.谐振子的能量是不连续的,而只能取一些分立的值,即E n＝nhν(n＝1,2,3,…),最小的一份能量称为能量子.2.大小：ε＝hν,其中ν是谐振动(电磁波)的频率,h是普朗克常量,h＝6.63×10－34 J·s.3.能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的.[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)黑体一定是黑色的物体.(×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.(√)(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大.(√)(4)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.(√)(5)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比.(√)2.人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10－34J·s,光速为3×108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是( ) A.2.3×10－18W B.3.8×10－19W C.7.0×10－10W D.1.2×10－18W答案 A解析 因为只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.所以察觉到绿光时所接收到的最小功率P ＝E t ,式中t ＝1 s 时E ＝6ε,又ε＝hν＝h c λ,可解得P ≈2.3×10－18W.一、黑体辐射的规律 [导学探究]1.什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？答案 能够完全吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体,叫做黑体.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和表面状况).2.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1所示,当温度从1 300 K 升高到1 700 K 时,各种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？图1答案 变强.辐射强度极大值向波长较短的方向移动,即变短. [知识深化]1.一般物体与黑体的比较2.随着温度的升高,黑体辐射的各种波长的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.3.现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型.例1 (多选)黑体辐射的实验规律如图2所示,由图可知( )图2A.随着温度升高,各种波长的辐射强度都增加B.随着温度降低,各种波长的辐射强度都增加C.随着温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随着温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 答案 ACD解析 由题图可知,随着温度升高,各种波长的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温度降低时,上述变化都将反过来. 二、能量子[导学探究] 某激光器能发射波长为λ的激光,那么激光能量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h ,那么每个激光能量子的能量是多少？如果激光发射功率为P ,那么每秒钟发射多少个能量子？(光速为c )答案 激光能量子的能量不是连续的,而是一份一份的,ε＝h c λ.个数n ＝P ε＝Pλhc .[知识深化]1.物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量规律的任何一个中间状态.2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的,能量变化也是连续的,不必考虑能量量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化.3.能量子的能量ε＝hν,其中h 是普朗克常量,ν是电磁波的频率.例2 (多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是( ) A.以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD解析 带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的,是不连续的,故选项A 、B 、D 正确,C 错误.1.思维程序：c ＝λν→光的频率―――――――→ν＝cλ能量子的能量――→ε＝hν激光束的总能量E ＝nε→能量子的个数2.解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c ＝λν及E ＝nε＝Pt 等公式.1.(对黑体辐射规律的理解)(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看做黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度.如图3所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是( )图3A.T 1>T 2B.T 1<T 2C.随着温度的升高,各种波长黑体辐射的强度都有所降低D.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 答案 AD解析 黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关.实验表明,随着温度的升高,黑体辐射中各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.从题图中可以看出,λ1<λ2,T 1>T 2,本题正确选项为A 、D.2.(对能量子的理解)(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εB.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 答案 BC3.(能量量子化的理解)硅光电池是将光辐射的能量转化为电能.若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量,c为真空中的光速)()A.h cλ0 B.Nh cλ0 C.Nhλ0 D.2Nhλ0答案 B解析一个光子的能量ε＝hν＝h cλ0,则N个光子的总能量E＝Nh cλ0,选项B正确.一、选择题考点一黑体辐射的理解和应用1.关于对热辐射的认识,下列说法中正确的是()A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波B.温度越高,物体辐射的电磁波越强C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色答案 B解析一切物体都在不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,对于一般材料的物体,辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关；常温下我们看到的物体的颜色是反射光的颜色.2.黑体辐射电磁波的强度按波长分布的影响因素是()A.温度B.材料C.表面状况D.以上都正确答案 A解析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,A对.3.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中,符合黑体辐射实验规律的是()答案 A解析随着温度的升高,黑体辐射的强度与波长的关系：一方面,各种波长的辐射强度都增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.由此规律可知应选A.4.“非典”期间,很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,关于其中原理,下列说法正确的是()A.人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B.仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关C.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强D.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较长波长的成分强答案 C解析根据辐射规律可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加；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.人的体温的高低,直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度,通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温,C正确.5.下列叙述错误的是()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答案 B解析根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错,C对；根据黑体定义知D对.考点二能量子的理解和应用6.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元.在下列宏观概念中,具有“量子化”特征的是()A.人的个数B.物体所受的重力C.物体的动能D.物体的长度答案 A解析 依据普朗克量子化观点,能量是不连续的,是一份一份地变化的,属于“不连续的,一份一份”的概念的是A 选项,故A 正确,B 、C 、D 错误.7.已知某种单色光的波长为λ,在真空中光速为c ,普朗克常量为h ,则电磁波辐射的能量子ε的值为( ) A.h c λ B.h λC.c hλD.以上均不正确答案 A解析 由波速公式c ＝λν可得：ν＝c λ,由光的能量子公式得ε＝hν＝h cλ,故选项A 正确.8.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J,已知可见光的平均波长为0.6 μm ,普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s,光速为3×108 m/s,若恰能引起人眼的感觉,则进入人眼的光子数至少为( )A.1个B.3个C.30个D.300个 答案 B解析 每个光子的能量为E 0＝h c λ,能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E 为10－18 J,由E ＝nE 0得进入人眼的光子数至少为n ＝E E 0＝Eλhc ＝10－18×6×10－76.63×10－34×3×108个≈3个.故选B.9.在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥着重要作用.蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的.假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λmin .根据热辐射理论,λmin 与辐射源的绝对温度T 的关系近似为Tλmin ＝2.90×10－3 m·K,则老鼠发出的最强热辐射的波长为( )A.7.8×10－5 mB.9.4×10－6 mC.1.16×10－4 mD.9.7×10－8 m答案 B解析 由Tλmin ＝2.90×10－3m·K 可得,老鼠发出的最强热辐射的波长为λmin ＝2.90×10－3 m·kT＝2.90×10－3273＋37m ≈9.4×10－6 m,B 正确.10.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况.地球大气中的水汽(H 2O)、二氧化碳(CO 2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收.如图1所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况,由图可知,在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围是( )图1A.2.5～3.5 μmB.4～4.5 μmC.5～7 μmD.8～13 μm答案 D解析 由题图可知,水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13 μm ；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13 μm.综上可知,应选D. 二、非选择题11.(能量子个数的计算)40瓦的白炽灯,有5%的能量转化为可见光.设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s,光速c ＝3×108 m/s) 答案 5.8×1018个解析 波长为λ的光子能量为：ε＝hν＝h cλ①设白炽灯每秒内发出的光子数为n ,白炽灯电功率为P ,则：n ＝ηPε②式中,η＝5%是白炽灯的发光效率.联立①②式得： n ＝ηPλhc代入题给数据得：n ≈5.8×1018个12.(能量子的理解和计算)某广播电台的发射功率为10 kW,发射的是在空气中波长为187.5 m 的电磁波,则：(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s,光速c ＝3×108 m/s)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的,求在离天线2.5 km 处,直径为2 m 的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率.(球面积公式S ＝4πR 2) 答案 (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10－4 W解析 (1)每个能量子的能量ε＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×108187.5J ≈1.06×10－27 J则能量子数N ＝Pt≈9.4×1030个.(2)设球状天线每秒接收的能量子数为n 个,以电台发射天线为球心,则半径为R 的球面积S ＝4πR 2,而球状天线的有效接收面积S ′＝πr 2,所以n ＝N S ′S ＝N r 24R 2＝9.4×1030×124×(2.5×103)2个＝3.76×1023个接收功率P 收＝nεt ＝3.76×1023×1.06×10－27 W ≈4×10－4 W.。

阶段水平测试〔二〕一、选择题(共10小题，每一小题4分，共40分)1．黑体辐射的实验规律如下列图，由图可知( )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短的方向移动D. 随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动解析：由题图可知，随温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化相反。

故正确答案为A、C、D。

答案：ACD2．近年来数码相机已经进入千家万户。

用来衡量数码相机性能的一个重要的指标就是像素。

1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点。

现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可解释为( )A．像素的多少与光的本质无关B．像素少，光的波动性显著C．像素多，说明大量光子表现出光具有粒子性D．光具有波粒二象性，像素多，光的波动性显著解析：根据光的波粒二象性，少量或个别光子容易显示出光的粒子性，大量光子产生的效果往往显示出光的波动性。

像素越多，光子与物质作用的个数越多，光的波动性越明显，D正确。

答案：D3．人类对光的本性认识的过程中先后进展了一系列实验，如下列图的四个示意图所表示的实验能说明光具有波动性的是( )解析：A为单缝衍射、B为双孔干预、D为薄膜干预，这三个实验均说明光具有波动性；C 为光电效应，说明光具有粒子性。

答案：ABD4．在光电效应实验中，如下表述正确的答案是( )A．光照时间越长，光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光的频率大于截止频率才能产生光电子解析：在光电效应中，假设入射光的频率小于截止频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当入射光的频率大于截止频率时，才能产生光电子，故A 、B 错误，D 正确；由－eU c ＝0－E k ，E k ＝hν－W 0，可知U c ＝hν－W 0e，即遏止电压与入射光的频率ν有关，C 正确。

教学设计课程基本信息学科物理年级二年级学期春季课题普朗克黑体辐射理论教学目标1.知道黑体及黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律和理论解释；2.了解能量子假说，体会假说在科学解释中的作用；3.了解宏观、微观粒子能量变化的特点，体会量子化对人类认识物质世界的影响。

教学内容教学重点：1. 能量子的概念教学难点：1. 黑体辐射实验规律的量子化解释。

教学过程一、新课引入19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功，比如在力学、热学和电磁学，当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，认为物理学已经发展到头了。

开尔文勋爵也说道：科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。

但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。

但就是这两朵乌云，浇灌出了两个重要的理论，量子力学和相对论。

本课要学习的就是量子理论的第一步是如何踏出的。

二．新课讲解1.热辐射在炉火旁边，会感到温暖，火炉以辐射的形式向外辐射能量，即使火焰熄灭了，火炉仍然向外辐射红外线，只是感受不到。

热辐射：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。

热辐射的两条规律：1.温度升高，辐射强度变大，温度降低，辐射强度变小；2.室温下，辐射电磁波波长较长，高温下，辐射电磁波波长较短。

2.黑体与黑体辐射（1）概念在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。

这个小孔就可以看成一个绝对黑体。

定义：如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。

黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律。

（2）实验探究按照当时物理学的认识，每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。

于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。

维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波却不行。

《普朗克黑体辐射理论》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业旨在帮助学生深入理解普朗克黑体辐射理论，掌握相关物理概念和公式，提高实验操作和数据分析能力。

二、作业内容1. 阅读教材相关章节，总结普朗克黑体辐射理论的主要内容，包括辐射的本质、能量量子化、光谱公式等。

2. 完成课后练习题，检验对理论知识的掌握情况。

3. 自行设计一份实验方案，模拟黑体辐射实验，记录并分析实验数据。

要求说明实验原理、设备、操作步骤、数据记录表格等相关内容。

4. 根据实验结果，对普朗克黑体辐射理论进行验证或提出质疑，阐述自己的观点。

三、作业要求1. 独立完成作业，禁止抄袭和代写。

2. 实验方案要详细说明实验目的、原理和步骤，表格设计要清晰明了。

3. 实验数据记录要真实准确，分析要合理有据。

4. 提交作业时间不超过课程结束一周，形式可为纸质版或电子版文档。

四、作业评价1. 评价标准包括作业完成质量、实验方案合理性、实验数据准确性及分析合理性等。

2. 评价方式为教师评分结合学生互评，确保公平公正。

3. 优秀作业将展示在班级学习园地，以激励学生学习物理的兴趣和热情。

五、作业反馈1. 鼓励学生提出对作业的意见和建议，以便改进今后的教学。

2. 收集学生完成作业过程中遇到的问题，反馈给教师，以便教师了解学生的学习难点，更好地调整教学策略。

针对普朗克黑体辐射理论，我们将重点考察学生对能量量子化概念的理解，以及对光谱公式的掌握情况。

此外，实验操作和数据分析能力也是评价的重要指标。

我们希望通过这次作业，帮助学生更好地理解和掌握这一重要理论，为今后学习量子物理打下坚实的基础。

请同学们认真对待这次作业，相信你们都能从中获得宝贵的学术经验。

如有任何疑问，请及时向老师咨询，我们将竭诚为你们提供帮助。

作业设计方案（第二课时）一、作业目标通过本次作业，学生应能够：1. 熟练掌握普朗克黑体辐射理论的基本概念和公式；2. 理解并能够运用该理论解释和预测相关现象；3. 培养独立思考和解决问题的能力，加强团队协作。