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2.1　撥開黑體輻射的疑云 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射.(重點(diǎn)) 2.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系.(重點(diǎn)) 3.了解能量子的概念，理解能量量子化.(難點(diǎn)) 第二朵“烏云”——紫外災(zāi)難 [先填空] 1.黑體與黑體輻射 (1)熱輻射 物體在任何溫度下，都會(huì)發(fā)射電磁波，溫度不同，所發(fā)射的電磁波的頻率、強(qiáng)度也不同，這種現(xiàn)象叫做熱輻射.熱輻射與物體的溫度有關(guān). (2)黑體 能夠完全吸收投射到其表面的電磁波而不產(chǎn)生反射的物體，我們稱之為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體. (3)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 黑體輻射電磁波的本領(lǐng)按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān). ①隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射本領(lǐng)都增加； ②隨著溫度的升高，輻射本領(lǐng)的最大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). 2.“紫外災(zāi)難” 科學(xué)家從理論上解釋黑體輻射的規(guī)律有維恩公式和瑞利公式. (1)維恩公式 德國(guó)物理學(xué)家維恩從熱力學(xué)理論出發(fā)，得到的公式只是在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符，長(zhǎng)波部分存在明顯差異. (2)瑞利公式 英國(guó)物理學(xué)家瑞利從經(jīng)典電磁理論出發(fā)，得到的公式在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)吻合，短波部分偏差較大，尤其在紫外線一端，當(dāng)波長(zhǎng)趨于零時(shí)，輻射本領(lǐng)趨于無窮大，人們稱之為“紫外災(zāi)難”. [再判斷] 1.能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.(√) 2.溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大.(√) 3.熱輻射一定在高溫下才能發(fā)生.() [后思考] 黑體是指黑顏色的物體嗎？ 【提示】　黑體不是指黑顏色的物體，是指能完全吸收電磁波的物體. [核心點(diǎn)擊] 1.對(duì)黑體的理解 絕對(duì)的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替.如圖211所示，如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體. 圖211 2.一般物體與黑體的比較 熱輻射特點(diǎn) 吸收、反射特點(diǎn) 一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān) 既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長(zhǎng)等因素有關(guān) 黑體 輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) 完全吸收各種入射電磁波，不反射 3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值. (2)隨著溫度的升高 ①各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加； ②輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng).如圖212所示. 圖212 1.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖213所示，由圖可知(　　) 圖213 A.隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 B.隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) E.溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) 【解析】　由圖可知，隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B、E錯(cuò)誤. 【答案】　ACD 2.下列敘述正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：67080015】 A.一切物體都在輻射電磁波 B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān) C.一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān) D.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān) E.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波 【解析】　根據(jù)熱輻射定義知A對(duì)；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯(cuò)、D對(duì)；根據(jù)黑體定義知E對(duì). 【答案】　ADE (1)熱輻射不一定需要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時(shí)輻射弱，溫度高時(shí)輻射強(qiáng). (2)在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜成分顯著不同. 普 朗 克 假 設(shè) 驅(qū) “烏 云” [先填空] 1.普朗克公式 德國(guó)物理學(xué)家普朗克對(duì)黑體輻射問題進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究，推導(dǎo)出了普朗克公式，把它與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果“令人滿意地相符”. 2.普朗克設(shè)想 黑體的空腔壁是由大量振子組成的，其能量E只能是某一最小能量值hν的整數(shù)倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…) 式中ν為振子的頻率，h是一個(gè)常量，h＝6.6310－34_Js. 最小能量hν叫做能量子 . 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫做能量的量子化. 3.意義 普朗克能量子假設(shè)，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響. [再判斷] 1.微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.(√) 2.能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比.(√) 3.光滑水平桌面上勻速運(yùn)動(dòng)的小球的動(dòng)能也是量子化的.() [后思考] 為了得出同實(shí)驗(yàn)相符的黑體輻射公式，普朗克提出了什么樣的觀點(diǎn)？ 【提示】　普朗克提出了量子化的觀點(diǎn).量子化是微觀世界的基本特點(diǎn)，其所有的變化都是不連續(xù)的. [核心點(diǎn)擊] 1.普朗克的能量子假設(shè)，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn). 2.普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征. 3.對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說法正確的是(　　) A.以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收 B.輻射或吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍 C.吸收的能量可以是連續(xù)的 D.輻射和吸收的能量是量子化的 E.輻射的能量是量子化的，吸收的能量是連續(xù)的 【解析】　帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)是以最小能量值—能量子E的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的.故選項(xiàng)A、B、D正確，C、E選項(xiàng)錯(cuò). 【答案】　ABD 4.氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為6 328 的單色光，試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18 mW，則每秒發(fā)射多少個(gè)光子？ 【解析】　根據(jù)愛因斯坦光子學(xué)說，光子能量E＝hν， 而λν＝c，所以： E＝＝ J＝3.1410－19 J. 因?yàn)榘l(fā)光功率已知，所以1 s內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)為： n＝＝個(gè)＝5.731016個(gè). 【答案】　3.1410－19 J　5.731016個(gè)