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精品同步练习题

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精品同步练习题，文件包含人教版2019高中物理选择性必修第三册41普朗克黑体辐射理论导学案原卷docx、人教版2019高中物理选择性必修第三册41普朗克黑体辐射理论导学案解析卷docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共13页， 欢迎下载使用。
【学习目标】
物理观念∶了解黑体辐射以及实验结论，知道能量量子化的内涵。
科学思维∶对比经典能量观和微观能量子的特点，体会量子化物理模型的建立过程。
科学探究：通过观察热辐射的强度波长的关系图培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任∶了解能量子概念的提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想，体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识。
【学习重难点】
教学重点：黑体辐射和能量量子化。
教学难点：理解能量量子化假说。
【知识回顾】
热力学第二定律：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
【自主预习】
黑体与黑体辐射
1．黑体：如果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：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。
3．黑体辐射的特点：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。
二、黑体辐射的实验规律
如图所示，随着温度的升高，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。
三、能量子
1．定义：普朗克认为，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，他把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是电磁波的频率，h是普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34J·s(保留四位有效数字)。
【课堂探究】
【新课导入】
量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
想一想：
为什么测温枪不直接接触人体，就可测量人体体温？
【新课教学】
热辐射
1.定义：任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。(热传递的三种方式之一)
（这种辐射是由物体的原子、分子受激发产生的，与温度有关，故称为热辐射）
例如，铁块随着温度升高：
不发光→暗红→赤红→橘红→黄白色
2.原因：物体分子无规则运动，辐射电磁波。
3.特点：物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有）
4.实际热辐射的复杂性
热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。
5.热辐射的应用
二、黑体与黑体辐射
1.黑体----理想模型
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
假设有这样一种物体
这种假设的物体称为黑体
黑体辐射
（1）黑体辐射的特征：研究表明,对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度、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。
（2）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。
小试牛刀
【例题】例题】(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ CD ）
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，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体
三、黑体辐射的实验规律
实验器材

分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体单色辐出度按波长的分布。
测量黑体辐射的实验原理：
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
1、黑体辐射实验规律
辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
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温度有关，如图所示。
(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)温度升高，各种波长的辐射强度都增加；
(3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2.黑体辐射两种经典解释
德国物理学家维恩根据经典热力学，在1896年提出了一个辐射强度随波长及温度变化的半经验公式——维恩公式。
⑴短波符合；长波不符合。根据经典热力学与电磁学，物理学家瑞利在1900年也提出了一个理论公式，后经金斯改进，合称瑞利-金斯公式。
⑵长波符合；短波荒唐----紫外灾难。
在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”。
3、普朗克对黑体辐射理论解释
1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：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。
小试牛刀
【例题】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（ A ）
能量子
1.定义：
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叫做能量子。
能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
能量子大小
ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化
①其中ν是电磁波的频率，波长λ=vT=v/ν,光在真空中λ=c /ν
②h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
(1)辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是能量子的整数倍
(2)谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量。对于频率为  的谐振子，最小能量为： ε= h 称为一个能量子。
3、量子化假设的意义
普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
小试牛刀
【例题】(多选)1900年德国物理学家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，下列说法属于能量子假说内容的是（ ABC ）
A.物质发射(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能量单位，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
【自我测评】
1．判断下列说法的正误．
(1)黑体就是黑色的物体。( × )
(2)能够完全吸收入射的各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( √ )
(3)普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。( √ )
(4)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.想一想：一般物体的热辐射与黑体辐射有什么区别？
3．(量子化的理解)(多选)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．物体的重力势能
C．物体的带电荷量 D．物体的长度
【答案】AC
【解析】在经典物理学中，对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，这种物理量只能采取某些分立数值的特征叫作量子化，故A、C正确，B、D错误。
4.(黑体与黑体辐射的理解)(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法错误的是( )
A．黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B．黑体是真实存在的
C．黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D．黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
【答案】BC
【解析】黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，故A说法正确；黑体是一种理想化模型，故B说法错误；普朗克首先找到与全部实验相符的黑体辐射公式，而后发现只有引入能量子概念，才能从电磁学、力学、统计物理学等基本理论出发而推导出该公式，而能量子概念与经典物理学的理论存在冲突，即黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，故C说法错误，D说法正确。本题选说法错误的，故选B、C。
5．(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ε
B．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】BC
【解析】根据普朗克能量子假说知，A错误，B、C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D错误。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？