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训练题

4.1普朗克黑体辐射理论

基础导学

要点一、黑体与黑体辐射

（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．

（二）黑体辐射的实验规律

1．随着温度的升高，各种波长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的方向移动．

要点二、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．

要点突破

突破一：对黑体的理解

1．对黑体的理解

（1）黑体是一个理想化的物理模型，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，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。

(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。

突破二：普朗克的量子化假设

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＝hν

ν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＝6.626 070 15×10－34 J·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。

典例精析

题型一：黑体与黑体辐射

例一．下列说法正确的是（　　）

A．只有高温物体才能产生热辐射，黑体一定是黑色的

B．穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度一定为零

C．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生

D．变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场

【答案】D

【解析】A．所有物体都能产生热辐射，黑体是个完全吸收外来电磁辐射的理想模型，不是黑色的物体，A错误；

B．磁通量为零可能是因为磁场方向与线圈平面平行，而该处的磁感应强度不一定为零，B错误；

C．闭合电路内的磁通量发生变化时才会产生感应电流，C错误；

D．根据麦克斯韦电磁理论，变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，D正确。

故选D。

变式迁移1：下列说法正确的是（　　）

A．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

B．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波

C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强

D．微波有很强的热效应，所以用微波炉加热食物

【答案】A

【解析】A．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A正确；

B．热的物体和冷的物体都会向外辐射电磁波，故B错误；

C．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力比较强，但不是最强的，穿透能力最强的电磁波是γ射线，故C错误；

D．微波并没有很强的热效应，微波炉加热食物利用的不是微波的热效应，而是利用微波可以传递能量的特点，故D错误。

故选A。

题型二：能量子

例二．下列说法中正确的是（　　）

A．伽利略预言了电磁波的存在

B．变化的磁场能产生电场，变化的电场不能产生磁场

C．焦耳最早提出能量量子化假说

D．黑体是一种理想模型，其辐射强度只与温度有关

【答案】D

【解析】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，选项A错误；

B．根据麦克斯韦电磁理论，则变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场，选项B错误；

C．普朗克最早提出能量量子化假说，选项C错误；

D．黑体是一种理想模型，其辐射强度只与温度有关，选项D正确。

故选D。

变式迁移2：关于电磁学的发展历程，下列说法错误的是（　　）

A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论

B．奥斯特发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入

C．法拉第发明了世界上第一台发电机——圆盘发电机

D．普朗克通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念

【答案】B

【解析】A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦克斯韦的电磁场理论，A正确，不符合题意；

B．法拉第发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，B错误，符合题意；

C．法拉第发明了世界上第一台发电机——圆盘发电机，C正确，不符合题意；

D．普朗克通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念，D正确，不符合题意。

故选B。

强化训练

一、选择题

1、黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是  (      )

A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加

B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

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：

解析：由图可知，随温度升高，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。

2、下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是(      )

A.一切物体都在辐射电磁波

B.一般物体辐射电磁波的强度与温度无关

C.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

D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

答案：

解析：一切物体都在辐射电磁波，项正确；实际物体辐射电磁波的情况与温度、表面情况、材料都有关；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，是实际物体的理想化模型，项错误；黑体辐射的强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，项正确；能完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波的物体称为黑体，项正确。

3、硅光电池是一种将光辐射的能量转化为电能的新型电池。若有个波长为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（为普朗克常量，为光速）(      )

A.    B. C. D.

答案：

解析：一个光电子的能量，则个光子的总能量，项正确。

4、 .“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，则人体热辐射强度及其极大值对应的波长λ的变化情况是(      )

A.增大，增大

B.增大，减小

C.减小，增大

D.减小，减小

答案：

解析：根据黑体辐射实验的规律可知，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增强，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故若人体温度升高，则人体热辐射强度增大，辐射强度极大值对应的波长λ减小，故项正确。

5、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

答案：

解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，项错误。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，项错误，项正确。从小孔入射的电磁波经由空腔内壁多次反射和吸收，再次从小孔出射的辐射量很少，可以忽略不计，因此空腔的小孔可以看作黑体；空腔内壁是有反射的，不是黑体。所以不是“有小孔的空腔可以看作黑体”，而是“空腔的小孔可以看作黑体”，项错误。

6、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于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.B.

C.D.

答案：

解析：黑体辐射的波长分布情况随温度而变，温度越高各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长短的方向移动。

7、人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为，光速为，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(      )

A. B.

C. D.

答案：

解析：因为每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率，式中，，又，可解得。故项正确。

8、如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　）

A．T1>T2

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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律

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，这个小孔就成了一个黑体

【答案】B

【解析】A．由图可知，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，所以T1>T2，故A正确，不符合题意；

B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关外，与黑体的材料及表面状况无关，故B错误，符合题意；

C．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律,故C正确，不符合题意；

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，就相当于吸收了所有电磁波，这个小孔就可以近似为一个绝对黑体，故D正确。

故选B。

9、下列叙述正确的是（　　）

A．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

B．不同电磁波具有不同的波长，红外线的波长大于可见光的波长

C．爱因斯坦首次提出能量子假说，成功解释了黑体辐射规律

D．奥斯特发现了电流的磁效应，赫兹预言了电磁波的存在

【答案】B

【解析】A．一般物体辐射电磁波的情况与物体温度、材料以及物体表面有关。故A错误；

B．根据电磁波谱，可知不同电磁波具有不同的波长，红外线的波长大于可见光的波长，故B正确；

C．普朗克首次提出能量量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；

D．奥斯特发现了电流的磁效应，麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证明了电磁波的存在，故D错误。

故选B。

10、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波长与其辐射强度的关系时，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

【答案】D

【解析】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。ABC错误，D正确。

故选D。

11、一些重大物理现象和物理理论的发现常常同基本物理常量的发现和准确测定密切相关，在国际单位制中，下列物理常量的单位正确的是（　　）

A．普朗克常量h J·s

B．万有引力常量G N·m/kg2

C．劲度系数k kg·m2/s2

D．动摩擦因数μ N/kg

【答案】A

【解析】A．普朗克常量h的单位是J·s，故A正确；

B．万有引力常量G的单位是，故B错误；

C．劲度系数k的单位是，故C错误；

D．动摩擦因数μ没有单位，故D错误。

故选A。