高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)1 普朗克黑體輻射理論課時(shí)作業(yè)

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)1 普朗克黑體輻射理論課時(shí)作業(yè)，共20頁。試卷主要包含了新課標(biāo)要求，科學(xué)素養(yǎng)要求，教材研習(xí)，自主思考，名師點(diǎn)睛，互動(dòng)探究等內(nèi)容，歡迎下載使用。
第1節(jié) 普朗克黑體輻射理論
一、新課標(biāo)要求
1.了解黑體及黑體輻射的概念。
2.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容。
4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念：知道黑體輻射、能量子，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。
2.科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，提高分析問題、解決問題的能力。
3.科學(xué)探究：通過對(duì)黑體輻射規(guī)律的探究，揭示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)會(huì)與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?br>4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家執(zhí)著探索的科學(xué)精神、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、黑體的輻射規(guī)律
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①有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
要點(diǎn)二、能量子
組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍②。例如，可能是ε或2ε、3ε ……把這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
四、自主思考
①有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的大體溫度，這是根據(jù)什么道理？
②所有粒子的能量值不是任意的，其大小與帶電微粒的振動(dòng)頻率成正比，這種說法對(duì)嗎？
五、名師點(diǎn)睛
1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋
（1）建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識(shí)尋求黑體輻射的理論解釋。
（2）維恩公式：在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長(zhǎng)波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離較大。
（3）瑞利公式：在長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，由瑞利公式得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。
2.能量子的理解
（1）能量子公式：ε=?ν，其中ν是電磁波的頻率，?稱為普朗克常量。?=6.626×10?34J?s。
（2）能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。
六、互動(dòng)探究
探究點(diǎn)一、黑體及黑體的輻射規(guī)律
【情境探究】
1.黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布如下圖所示。
（1）當(dāng)溫度從1100 K升高到1700 K時(shí)，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度怎么變化？輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化？
（2）你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎？
【探究歸納】
1.黑體的理解
（1）黑體是一個(gè)理想化的物理模型，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，最終不能從小孔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。
（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會(huì)很明亮。
2.一般物體與黑體的比較
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，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
（3）普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的解釋：
在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實(shí)驗(yàn)值。從圖像看出，兩者吻合的非常完美。
【典例1】關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是( )
A.黑體是真實(shí)存在的
B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元
C.隨著溫度升高黑體輻射的各波長(zhǎng)的強(qiáng)度有些會(huì)增強(qiáng)，有些會(huì)減弱
D.黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)
解題感悟
黑體的理解要點(diǎn)
（1）黑體完全吸收電磁波而不反射電磁波，同時(shí)其本身也輻射電磁波。
（2）黑體并不一定是黑的。
（3）黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。
【遷移應(yīng)用】
1.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法錯(cuò)誤的是 ( )
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)
2.下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的是( )
A.一切物體都在輻射電磁波
B.一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度無關(guān)
C.隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)
D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波
3.（多選）關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)
B.冷的物體只吸收電磁波
C.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)
D.常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色
4.（多選）2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)，下列與宇宙微波背景輻射相關(guān)的說法中，正確的是( )
A.微波是指波長(zhǎng)在10?3m到10 m之間的電磁波
B.微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播
C.黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射
D.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
5.硅光電池是一種將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能的新型電池。若有N個(gè)波長(zhǎng)為λ0的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為（?為普朗克常量，c為光速）( )
A.?cλ0 B.N?cλ0 C.N?λ0 D.2N?λ0
6. .“測(cè)溫槍”（學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”）具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ的變化情況是( )
A.I增大，λ增大
B.I增大，λ減小
C.I減小，λ增大
D.I減小，λ減小
7.（多選）以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的說法中正確的是( )
A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波
B.當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說明它的溫度不太高
C.當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)
D.早、晚時(shí)分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說明中午時(shí)分太陽溫度最高
8. 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)
C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)
D.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體
9.普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上，提出了量子理論，下列關(guān)于描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是( )
A.B.
C.D.
探究點(diǎn)二、能量子
【情境探究】
1.在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以通過牛頓力學(xué)精確地測(cè)算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值。思考下面的問題：
（1）普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有什么不同?
（2）由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，請(qǐng)?jiān)诤暧^概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)的實(shí)例。
【探究歸納】
1.能量子的理解
（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。
（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。
2.能量量子化假說的意義
普朗克的量子化假設(shè)把人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)推到了一個(gè)新的高度，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動(dòng)性與粒子性的橋梁。
【典例2】下列關(guān)于能量量子化的說法，正確的是( )
A.能量子與電磁波的頻率成反比
B.電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大
C.微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的
D.能量子假設(shè)是由愛因斯坦最早提出來的
解題感悟
能量量子化的理解要點(diǎn)
（1）能量只能采取某些分離數(shù)值。
（2）能量只能以確定的大?。茨芰孔樱┮环菀环莸剡M(jìn)行變化。
（3）能量子是不可再分的。
【遷移應(yīng)用】
1.一盞燈發(fā)光功率為100 W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)為6.0×10?7m，在距電燈10 m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1 m2的面積每秒通過的能量子數(shù)約為(普朗克常量?=6.63×10?34J?s，光速c=3.0×108m/s) ( )
A.2×1015 B.2×1016 C.2×1017 D.2×1023
2.以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是( )
A.物體的長(zhǎng)度
B.物體所受的重力
C.物體的動(dòng)能
D.人的個(gè)數(shù)
的。
3. 關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值ε
B.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍
C.能量子與電磁波的頻率成正比
D.這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的
4. 已知某種單色光的波長(zhǎng)為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為?，則電磁波輻射的能量子ε的值為( )
A.?cλ B .?λ C.c?λ D.以上均不正確
5.兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一束光在某段時(shí)間內(nèi)打在物體表面的能量子數(shù)與第二束光在相同時(shí)間內(nèi)打在物體表面的能量子數(shù)之比為5:4，則這兩束光的能量子和波長(zhǎng)之比分別為( )
A.4:54:5 B.5:44:5
C.5:45:4 D.4:55:4
6.人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10?34J?s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是( )
A.2.3×10?18W B.3.8×10?19W
C.7.0×10?10W D.1.2×10?18W
7. 某廣播電臺(tái)的發(fā)射功率為10 kW，發(fā)射的是在空氣中波長(zhǎng)為187.5 m的電磁波，則：（普朗克常量?=6.63×10?34J?s，光速c=3×108m/s）
（1）該電臺(tái)每秒從天線發(fā)射多少個(gè)能量子？
（2）若發(fā)射的能量子在以天線為球心的同一球面上的分布視為均勻的，求在離天線2.5 km處，直徑為2 m的球狀天線每秒接收的能量子數(shù)以及接收功率。
項(xiàng)目
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、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)
完全吸收各種入射的電磁波，不反射
選擇性必修三學(xué)案
第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性
第1節(jié) 普朗克黑體輻射理論
一、新課標(biāo)要求
1.了解黑體及黑體輻射的概念。
2.了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
3.知道能量子概念,能說出普朗克提出的能量子假說內(nèi)容。
4.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念：知道黑體輻射、能量子，能解釋相關(guān)現(xiàn)象。
2.科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律并能解釋相關(guān)現(xiàn)象，提高分析問題、解決問題的能力。
3.科學(xué)探究：通過對(duì)黑體輻射規(guī)律的探究，揭示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)會(huì)與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?br>4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家執(zhí)著探索的科學(xué)精神、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探究科學(xué)的興趣。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、黑體的輻射規(guī)律
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①有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
要點(diǎn)二、能量子
組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍②。例如，可能是ε或2ε、3ε ……把這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
四、自主思考
①有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的大體溫度，這是根據(jù)什么道理？
答案：黑體輻射與溫度有關(guān)。
②所有粒子的能量值不是任意的，其大小與帶電微粒的振動(dòng)頻率成正比，這種說法對(duì)嗎？
答案：對(duì)，粒子的能量一定是“能量子”的整數(shù)倍，由能量子公式ε=?ν可知能量與頻率成正比。
五、名師點(diǎn)睛
1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋
（1）建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識(shí)尋求黑體輻射的理論解釋。
（2）維恩公式：在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長(zhǎng)波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離較大。
（3）瑞利公式：在長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，由瑞利公式得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。
2.能量子的理解
（1）能量子公式：ε=?ν，其中ν是電磁波的頻率，?稱為普朗克常量。?=6.626×10?34J?s。
（2）能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。
六、互動(dòng)探究
探究點(diǎn)一、黑體及黑體的輻射規(guī)律
【情境探究】
1.黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布如下圖所示。
（1）當(dāng)溫度從1100 K升高到1700 K時(shí)，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度怎么變化？輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化？
（2）你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎？
答案：（1）由圖可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度變強(qiáng)。輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
（2）現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體，實(shí)際的物體都能輻射電磁波，也都能吸收和反射電磁波，絕對(duì)黑體不存在，是一種理想化模型。
【探究歸納】
1.黑體的理解
（1）黑體是一個(gè)理想化的物理模型，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，最終不能從小孔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。
（2）黑體看上去不一定是黑的，有些可看作黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會(huì)很明亮。
2.一般物體與黑體的比較
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，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
（3）普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的解釋：
在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的公式，根據(jù)公式得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實(shí)驗(yàn)值。從圖像看出，兩者吻合的非常完美。
【典例1】關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是( )
A.黑體是真實(shí)存在的
B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元
C.隨著溫度升高黑體輻射的各波長(zhǎng)的強(qiáng)度有些會(huì)增強(qiáng)，有些會(huì)減弱
D.黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)
答案：B
解析：黑體并不是真實(shí)存在的，A項(xiàng)錯(cuò)誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B項(xiàng)正確；隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；黑體輻射是有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
解題感悟
黑體的理解要點(diǎn)
（1）黑體完全吸收電磁波而不反射電磁波，同時(shí)其本身也輻射電磁波。
（2）黑體并不一定是黑的。
（3）黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。
【遷移應(yīng)用】
1.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法錯(cuò)誤的是 ( )
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)
答案：B
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。
2.下列關(guān)于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的是( )
A.一切物體都在輻射電磁波
B.一般物體輻射電磁波的強(qiáng)度與溫度無關(guān)
C.隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)
D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波
答案：B
解析：一切物體都在輻射電磁波，A項(xiàng)正確；實(shí)際物體輻射電磁波的情況與溫度、表面情況、材料都有關(guān)；黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)，是實(shí)際物體的理想化模型，B項(xiàng)錯(cuò)誤；黑體輻射的強(qiáng)度的極大值隨溫度升高向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，C項(xiàng)正確；能完全吸收入射到其表面的各種波長(zhǎng)的電磁波的物體稱為黑體，D項(xiàng)正確。
3.（多選）關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)
B.冷的物體只吸收電磁波
C.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)
D.常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色
答案：A ; D
解析：一切物體都在不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)；常溫下看到的不透明、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色。
4.（多選）2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)，下列與宇宙微波背景輻射相關(guān)的說法中，正確的是( )
A.微波是指波長(zhǎng)在10?3m到10 m之間的電磁波
B.微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播
C.黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射
D.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
答案：A ; C ; D
解析：微波是波長(zhǎng)在10?3m到10 m的電磁波，故A項(xiàng)正確。物體中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射，所以黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射，而電磁波的傳播不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說后，成功擬合了黑體輻射曲線，故D項(xiàng)正確。
5.硅光電池是一種將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能的新型電池。若有N個(gè)波長(zhǎng)為λ0的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為（?為普朗克常量，c為光速）( )
A.?cλ0 B.N?cλ0 C.N?λ0 D.2N?λ0
答案：B
解析：一個(gè)光電子的能量ε=?ν=?cλ0，則N個(gè)光子的總能量E=N?cλ0，B項(xiàng)正確。
6. .“測(cè)溫槍”（學(xué)名“紅外線輻射測(cè)溫儀”）具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ的變化情況是( )
A.I增大，λ增大
B.I增大，λ減小
C.I減小，λ增大
D.I減小，λ減小
答案：B
解析：根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)的規(guī)律可知，隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增強(qiáng)，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，故若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I增大，輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ減小，故B項(xiàng)正確。
7.（多選）以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的說法中正確的是( )
A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波
B.當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說明它的溫度不太高
C.當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)
D.早、晚時(shí)分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說明中午時(shí)分太陽溫度最高
答案：B ; C
解析：由輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長(zhǎng)的電磁波。
8. 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)
C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)
D.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體
答案：C
解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，A項(xiàng)錯(cuò)誤。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)，B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。從小孔入射的電磁波經(jīng)由空腔內(nèi)壁多次反射和吸收，再次從小孔出射的輻射量很少，可以忽略不計(jì)，因此空腔的小孔可以看作黑體；空腔內(nèi)壁是有反射的，不是黑體。所以不是“有小孔的空腔可以看作黑體”，而是“空腔的小孔可以看作黑體”，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
9.普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上，提出了量子理論，下列關(guān)于描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是( )
A.B.
C.D.
答案：D
解析：黑體輻射的波長(zhǎng)分布情況隨溫度而變，溫度越高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)短的方向移動(dòng)。
探究點(diǎn)二、能量子
【情境探究】
1.在我們生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以通過牛頓力學(xué)精確地測(cè)算。但在量子微觀世界里，有著與宏觀世界截然不同的規(guī)則，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值。思考下面的問題：
（1）普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有什么不同?
（2）由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，請(qǐng)?jiān)诤暧^概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)的實(shí)例。
答案：（1）宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的，普朗克的“能量子”觀點(diǎn)則認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)最小能量值，即能量不是連續(xù)的。
（2）自然數(shù)，汽車的個(gè)數(shù)等。
【探究歸納】
1.能量子的理解
（1）物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是?ν的整數(shù)倍。
（2）微觀世界中的物理系統(tǒng)，如原子、分子和離子等，其能量正如普朗克所假設(shè)的那樣，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。
2.能量量子化假說的意義
普朗克的量子化假設(shè)把人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)推到了一個(gè)新的高度，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量?是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動(dòng)性與粒子性的橋梁。
【典例2】下列關(guān)于能量量子化的說法，正確的是( )
A.能量子與電磁波的頻率成反比
B.電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越大
C.微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的
D.能量子假設(shè)是由愛因斯坦最早提出來的
答案：C
解析：由ε=?ν可知，能量子與電磁波的頻率成正比，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由ε=?ν=?cλ可知，電磁波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其能量子越小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；普朗克提出了能量子假設(shè)，他認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量都是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故C項(xiàng)正確；能量子假設(shè)是由普朗克最早提出來的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
解題感悟
能量量子化的理解要點(diǎn)
（1）能量只能采取某些分離數(shù)值。
（2）能量只能以確定的大小（即能量子）一份一份地進(jìn)行變化。
（3）能量子是不可再分的。
【遷移應(yīng)用】
1.一盞燈發(fā)光功率為100 W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)為6.0×10?7m，在距電燈10 m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1 m2的面積每秒通過的能量子數(shù)約為(普朗克常量?=6.63×10?34J?s，光速c=3.0×108m/s) ( )
A.2×1015 B.2×1016 C.2×1017 D.2×1023
答案：C
解析：設(shè)離燈10 m遠(yuǎn)處每平方米面積上每秒燈照射的能量為E0，則有E0=1004 πR2，設(shè)穿過的能量子數(shù)為n，則有：n?cλ=E0，解得：n=E0λ?c，代入數(shù)據(jù)，得：n≈2×1017個(gè)，故C項(xiàng)正確。
2.以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是( )
A.物體的長(zhǎng)度
B.物體所受的重力
C.物體的動(dòng)能
D.人的個(gè)數(shù)
答案：D
解析：人的個(gè)數(shù)只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。其他三個(gè)物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的。
3. 關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是( )
A.振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值ε
B.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍
C.能量子與電磁波的頻率成正比
D.這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的
答案：B ; C
解析：由普朗克能量子假說可知，帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，最小能量值ε=?ν。
4. 已知某種單色光的波長(zhǎng)為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為?，則電磁波輻射的能量子ε的值為( )
A.?cλ B .?λ C.c?λ D.以上均不正確
答案：A
解析：由波速公式v=λν和能量子ε=?ν可解得單色光能量的值。
5.兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一束光在某段時(shí)間內(nèi)打在物體表面的能量子數(shù)與第二束光在相同時(shí)間內(nèi)打在物體表面的能量子數(shù)之比為5:4，則這兩束光的能量子和波長(zhǎng)之比分別為( )
A.4:54:5 B.5:44:5
C.5:45:4 D.4:55:4
答案：D
解析：兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，在相同時(shí)間內(nèi)打到物體表面的能量子數(shù)之比為5:4，根據(jù)E=NE0，因?yàn)镋相同，可得能量子之比為4:5；再根據(jù)E0=?ν=?c/λ，能量子與波長(zhǎng)成反比，故波長(zhǎng)之比為5:4，故D項(xiàng)正確。
6.人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10?34J?s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是( )
A.2.3×10?18W B.3.8×10?19W
C.7.0×10?10W D.1.2×10?18W
答案：A
解析：因?yàn)槊棵胗?個(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收的最小功率P=Et，式中E=6ε，t=1 s，又ε=?ν=?cλ，可解得P=6×6.63×10?34×3×108530×10?9W≈2.3×10?18W。故A項(xiàng)正確。
7. 某廣播電臺(tái)的發(fā)射功率為10 kW，發(fā)射的是在空氣中波長(zhǎng)為187.5 m的電磁波，則：（普朗克常量?=6.63×10?34J?s，光速c=3×108m/s）
（1）該電臺(tái)每秒從天線發(fā)射多少個(gè)能量子？
（2）若發(fā)射的能量子在以天線為球心的同一球面上的分布視為均勻的，求在離天線2.5 km處，直徑為2 m的球狀天線每秒接收的能量子數(shù)以及接收功率。
答案：（1）9.4×1030（2）3.76×10234×10?4W
解析：（1）每個(gè)能量子的能量
ε=?ν=?cλ=6.63×10?34×3×108187.5J≈1.06×10?27J
則每秒電臺(tái)發(fā)射上述波長(zhǎng)能量子數(shù)N=Ptε≈9.4×1030個(gè)
（2）設(shè)球狀天線每秒接收能量子數(shù)為n，以電臺(tái)發(fā)射天線為球心，則半徑為R的球面積S=4 πR2，而球狀天線的有效接收面積S'=πr2，所以n=NS'S=Nr24R2=9.4×1030×124×(2.5×103)2=3.76×1023個(gè)
接收功率P收=nεt=3.76×1023×1.06×10?27W≈4×10?4W。
項(xiàng)目
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、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)
完全吸收各種入射的電磁波，不反射