高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 普朗克黑体辐射理论评课课件ppt
展开1.了解黑体和黑体辐射的概念,了解黑体辐射的实验规律(重点)。2.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(难点)。
二、黑体辐射的实验规律
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。原因是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。
1.黑体:某种物体能够 入射的各种波长的电磁波而不发生 ,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 电磁波,却可以向外 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______有关。
1.实际中存在绝对黑体吗?黑体看上去一定是黑色的吗?
答案 绝对黑体是一种理想化模型,实际中并不存在,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,如炼钢炉口上的小孔。
2.一般物体和黑体辐射电磁波有什么区别?
答案 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,而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。
关于黑体、热辐射和黑体辐射,下列说法中正确的是A.一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的C.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表 面经多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个带小孔的空腔就近 似为一个黑体D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种 类及表面状况有关
一般物体的热辐射强度除了与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关,故A错误;黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,但黑体不一定是黑的,故B错误;电磁波最终不能从空腔射出,因此这个带小孔的空腔就近似为一个黑体,故C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,与材料的种类及表面状况无关,故D错误。
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.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有 。2.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长_____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。
(2022·南通市高二期中)在实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A.T1<T2B.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短 方向移动
不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的,温度越高,向外辐射的能量中波长短的波越多,所以T1>T2,故A错误;由图像可知,同一温度下,辐射强度最大的电磁
波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故B错误;由图像可知,黑体的辐射强度随着温度的升高而增大,故C错误;由图像可知,随着温度的升高,相同波长的光辐射强度都会增大,同时最大辐射强度向左侧移动,即向波长较短的方向移动,故D正确。
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_______,这个不可再分的 叫作能量子。2.表达式:ε= 。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 ,h=6.626 070 15×10-34 J·s。3.能量的量子化:微观粒子的能量是 的,或者说微观粒子的能量是 的。
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。
普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说,即能量子假说,下列关于能量子假说内容不正确的是A.物体发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的B.能量子假说中将每一份最小能量值,称为能量子C.能量子假说中的能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普 朗克常量D.能量子假说认为能量是连续的,是不可分割的
能量子假说认为,物体发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的,每一份最小能量值,称为能量子,能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量,A、B、C正确,D错误。
(2022·徐州市高二期中)中国健康发展研究中心发布的《国民视觉健康报告》白皮书显示,我国学生的近视率在逐年增加。沉迷电子产品已成为影响青少年视力的“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视,所用激光的波长λ=660 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光在真空中传播速度c=3×108 m/s,则该激光中每个光子的能量为A.3.0×10-19 J B.1.6×10-19 JC.1.0×10-10 J D.3.0×10-18 J
(2022·江苏省常州三中高二月考)一盏电灯的发光功率为100 W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长为λ=6.0×10-7 m,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3×108 m/s,在距电灯10 m远处,以电灯为球心的球面上,1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为A.2.4×1017个 B.2.4×1016个C.2.4×1015个 D.2.4×1010个
考点一 黑体 黑体辐射1.(2022·淮安市高二学业考试)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
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,故A正确,B、C、D错误。
2.(2023·江苏省高二学业考试)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加B.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C.黑体辐射的辐射强度与波长无关D.黑体辐射无任何实验规律
黑体辐射的实验规律为随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,同时辐射的极大值向波长较短的方向移动,故选A。
3.(2022·常州市高二期中)关于黑体辐射图像如图所示,下列判断正确的是A.T1>T2>T3>T4B.T1
考点二 能量子4.能量子假说是对经典物理学思想与观念的一次突破。“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”,作出这一大胆假设的科学家是A.库仑 B.普朗克C.密立根 D.爱因斯坦
5.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反比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错误;能量子假说反映的是微观世界的特性,不同于宏观世界,并不是与现实世界相矛盾,D错误。
6.(2022·徐州市高二学业考试)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
在经典物理学中,对体系物理量变化的最小值没有限制,它们可以任意连续变化,如重力、动能、长度等,但在量子力学中,物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化,具体有多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化。A正确,B、C、D错误。
7.(2022·常州市高二学业考试)某激光器能发射波长为λ的激光,发射功率为P,c表示光速,h为普朗克常量,则激光器在时间t内发射的光子数为
8.(2022·宿迁市高二开学考试)两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为A.4∶5 4∶5 B.5∶4 4∶5C.4∶5 5∶4 D.5∶4 5∶4
两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,根据E=NE0可得光子能量之比为4∶5;再根据E0=hν= 光子能量与波长成反比,故光子波长之比为5∶4,故C正确,A、B、D错误。
9.(2022·常州市高二期中)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是A.I增大,λ增大 B.I增大,λ减小C.I减小,λ增大 D.I减小,λ减小
黑体辐射的实验规律如图。特点是随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,所以人体热辐射的强度I增大;随着温度的升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动,所以λ减小,故选B。
10.红外线热像仪可以监测人的体温,当被测者从仪器前走过时,便可知道被测者的体温是多少,关于其原理,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
根据热辐射规律可知,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以知道这个人的体温,故C正确。
11.热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的辐射强度与其波长的关系时,得到如图所示的图线,图中横轴λ表示电磁波的波长,纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度,则由Mλ-λ图线可知,同一物体在不同温度下A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B.向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D.辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
由Mλ-λ图线可知,对于同一物体,随着温度的升高,一方面,各种波长电磁波的辐射强度都有所增加,向外辐射的电磁波的总能量增大;另一方面,辐射强度的极大值向短波方向移动,波长范围增大,A、B、C错误,D正确。
12.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,只要每秒有6个绿光的光子(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3×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约为A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 WC.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
13.太阳光垂直照射到地面上时,1 m2地面接收太阳光的功率为1.4 kW,其中可见光部分约占45%。(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm,日地间距离R=1.5×1011 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少?
答案 4.9×1044个
设地面上垂直于太阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n,则有P×45%×1 s=设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳,大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数,则所求可见光光子数N=n·4πR2,联立解得N≈4.9×1044个。
(2)若已知地球的半径r=6.4×106 m,估算地球接收的太阳光的总功率。
答案 1.8×1017 W
地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光,地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积,则地球接收太阳光的总功率P地=P·πr2=1.4×103×3.14×(6.4×106)2 W≈1.8×1017 W。
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