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说课ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 普朗克黑体辐射理论说课ppt课件，共50页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，电磁波，完全吸收，热力学，能量子，最小能量值，不连续，分立值，量子化，微观世界等内容，欢迎下载使用。
①物理观念：通过对原子结构、波粒二象性等内容的教学，完善学生对物质的认识，帮助学生形成相对完整、科学的物理观念、运动与相互作用观念．
②科学思维：对微观世界的研究，提出了各种模型，有汤姆孙原子模型、原子的核式结构模型、玻尔的原子模型，使我们知道物理学的研究需要建构模型；能对常见的物理现象进行简单分析；知道表达观点需要证据，质疑和创新的重要性．
③科学探究：通过光电效应实验的探究，引导学生认识光及实物粒子的波粒二象性，进一步认识光的本性．通过α粒子散射实验分析相关事实或结论，提出可探究的物理问题，作出初步的猜测与假设．④科学态度与责任：通过关于原子结构以及波粒二象性等相关内容的学习，知道所有物理结论都必须接受实践的检验，在学习与研究中能与他人合作，做到实事求是，不迷信权威．
本章重点①黑体、量子论、能级、跃迁、能量量子化及基态、激发态等概念；②黑体辐射规律、光电效应规律、玻尔理论，核式结构理论；③α粒子散射实验，爱因斯坦光电效应方程，用玻尔的原子结构理论解释氢光谱．
本章难点①理解能量量子化，会用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应实验现象；②α粒子散射实验的现象、方法和结果，原子的能级与跃迁；③用玻尔的原子结构理论解释氢原子光谱，了解玻尔理论的局限性．
1　普朗克黑体辐射理论
1．黑体与黑体辐射(1)热辐射．物体在任何温度下，都会发射__________，温度不同，所发射的电磁波的________、________也不同，这种现象叫作热辐射．热辐射与物体的________有关．(2)黑体．能够____________入射到其表面的电磁波而不产生________的物体，我们称之为绝对黑体，简称黑体．
黑体、黑体辐射与黑体辐射的实验规律
2．黑体辐射的实验规律(1)黑体辐射的实验规律．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关．①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________；②随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长______的方向移动．
(2)维恩公式和瑞利公式．科学家从理论上解释黑体辐射的规律有维恩公式和瑞利公式．①维恩公式：德国物理学家维恩从________理论出发，得到的公式只是在_______部分与实验相符，________部分存在明显差异．②瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发，得到的公式在_______部分与实验吻合，_______部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射强度趋于无穷大，人们称之为“紫外灾难”．
黑体是指黑颜色的物体吗？温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大吗？【答案】黑体看上去不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮．黑体辐射强度只和温度有关，是因为黑体不反射只吸收电磁波，而且自身还会发出电磁波；黑体辐射电磁波强度是和温度有关的，一般是温度越高辐射强度越大．
下列叙述正确的是(　　)A．只有温度高的物体在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
【答案】D【解析】根据热辐射定义知A错误；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，故B、C错误，D正确．
1．普朗克公式德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究，推导出了普朗克公式，把它与实验数据进行比较，发现与实验结果“令人满意地相符”．2．普朗克设想(1)黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一______________hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)，式中ν为振子的频率，h是一个常量，h＝_________________.
6.63×10－34 J·s
(2)最小能量hν叫作__________．在微观世界中能量__________变化，只能取__________，这种现象叫作能量的__________．3．意义普朗克能量子假设，使人类对____________的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了__________的影响．
为了得出与实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？【答案】普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．
(多选)对于带电微粒的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一份一份地辐射或吸收B．辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍C．辐射和吸收的能量是量子化的D．辐射的能量是量子化的，吸收的能量是连续的
【答案】ABC【解析】带电微粒辐射和吸收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收的，是不连续的．故A、B、C正确，D错误．
1．对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．
对黑体与黑体辐射的实验规律的理解
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．
例1　关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　)A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．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C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．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，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
对黑体与黑体辐射的理解
【答案】C【解析】黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误．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，B错误，C正确．小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误．
变式1　下列说法不正确的是(　　)A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体可以向外界辐射能量C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射D．黑体是一种理想模型，其辐射强度只与温度有关【答案】A【解析】任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能量越多，A错误；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，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B、C、D正确．
例2　(多选)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量．在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图．图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下(　　)
对黑体辐射的实验规律的理解
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的【答案】BD
【解析】从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，故C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确．
变式2　(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
【答案】ACD【解析】本题考查的是读图的能力，由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系．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，故A正确，B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故C、D正确．
1．热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．2．黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在．3．黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理．
1．概念：普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，...，nε(n为正整数，称为量子数)．也就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．能量子大小：对于频率为ν的谐振子最小能量为ε＝hν，h是普朗克常量(h＝6.626×10－34 J·s)．一般取h＝6.63×10－34 J·s.
2．能量的量子化：在微观世界里，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．意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．3．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．(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．4．发光功率与单个光子能量的关系：发光功率P＝n·ε，其中n为单位时间发出的光子数目，ε为单个光子能量．
变式3　“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？(计算结果保留3位有效数字)解：紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数．
1．下列宏观概念是“量子化”的是(　　)A．物体的质量　　　　B．木棒的长度C．花生米的粒数D．物体的动能【答案】C【解析】粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其他三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故只有C正确．
2．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物体．显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体．如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体．这是利用了(　　)A．控制变量法B．类比法C．比值法D．理想化方法
【答案】D【解析】黑体实际上是物理模型，把实际物体近似看作黑体，用到的是理想化方法，D正确，A、B、C错误．
3．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是(　　)
【答案】D【解析】黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故A、C错误．黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射．即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确．
4．(多选)以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是(　　)A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
【答案】BC【解析】由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，B、C正确．
5．(多选)关于黑体和黑体辐射，下列叙述正确的是(　　)A．爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波C．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D．黑体辐射随着温度的升高，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长的方向移动