新人教版 第四章 选择性必修三 原子结构和波粒二象 性 4.1 普朗克黑体辐射理论 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？ 一 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 1 、黑体辐射实验规律 (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。 黑体辐射的实验规 律 二、黑体辐射的实验规律 2 、黑体辐射的理论解 释 直接找规律有点儿困难，科学家打算结合理论来寻找这个公式 。 + + + - - - 物体中存在带电微 带电微粒→震动→变化的电磁 二、黑体辐射的实验规律 （ 1 ）维恩、瑞利——金斯的解 释 ① 维恩公式在短波区与实验非常接近， 在长波区则与实验偏离很大。 ② 瑞利公式在长波区与实验基本一致 ，但在短波区与实验严重不符。 在紫外线一端，当波长趋于 0 时，辐射本领将趋于无大。这种情况 被人们称为“紫外灾难”。 二、黑体辐射的实验规律 （ 2 ）普朗克的解 释 普朗克找到了一个数学公式，它与 实验吻合得非常完美。 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。 普朗克最终在 1900 年底发现，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 三、能量子 1 、普朗克的量子化假 设 能量子： 组成黑体的振动着的帯电微粒的能量，只能是某一最小能量值 ε 的整数倍。例如，可能是 ε 或 2ε 、 3ε… 这个不可再分的最小能量值 ε 叫做能量子。 和我们学习电荷 数类似：只能是 元电荷的整数倍 。 三、能量子 2 、能量子表达式 ： ε ＝ hν 其中： ν 是带电微粒的振动频率，也是电磁波的频 率 h ：普朗克常量 h ＝ 6.62607015×10-34 J·s 普朗克 比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动 的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。 三、能量子 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 . 能 量 经典 量子 三、能量子 4 、宏观世界能量的连续性 弹簧振子振动能量可以连续变化（振幅可以取任意值）， 即振动能量的连续性。 宏观世界能量的连续性与微观粒子的能量的量子化，这是宏观 世界与微观物理规律最重要的差别之一。 三、能量子 5 、普朗克量子化理论的意义 （ 1 ）破除“能量连续变化”的传统思想，是物理新思想的基石之一 . （ 2 ） 开创物理学新纪元，为量子力学的诞生奠定了基础 . （ 3 ） 标志着人类对自然规律的认识从宏观进入微观领域 . 普朗克 1900 年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规 律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人 因此获得了 1918 年的诺贝尔物理学奖。 随堂练习 1 、对黑体的认识，下列说法正确的是（ ） D A. 黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B. 黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的 种 类及其表面状况有关 D. 黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 解析：黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不 一定是黑色的， A 、 B 错误； 任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在 的，黑体是一种理想化的模型， D 正确； 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 种类及其表面状况无关， C 错误 . 2 、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 3 、 ( 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 4 、下列宏观概念中，是“量子化”的有（ A. 人的身高 C. 汽车的速度 B. 物体的质量 D. 大象的头数 D） 5 、太阳光含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，对这七种色 光的认识正确的是（ ） D A. 紫光的波长最长 B. 红光的能量子最强 C. 七种色光的能量均相同 D. 紫光的能量子最强 解析：由电磁波谱可知，紫光的波长最短， A 错误； 由 ε ＝ hν 可知，光的频率越大光子的能量越强，因七种色光中，紫 光的频率最大，则紫光的能量子最强， B 、 C 错误， D 正确 . 6 、（多选 ) 关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（ BC ） 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 6 、两束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物体表面，第一束光 在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物 体表面的光子数之比为 5∶ 4 ，则这两束光的光子能量之比和波长之比 分别为（ ） D A 、 4∶ 5 　 4∶ 5 B 、 5∶ 4 　 4∶ 5 C 、 5∶ 4 　 5∶ 4 D 、 4∶ 5 　 5∶ 4