高中物理選修三 題庫 第四章 第1節(jié)　普朗克黑體輻射理論

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論[學習目標要求]1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射和實驗規(guī)律。2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。一、黑體與黑體輻射1.黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。2.黑體輻射(1)定義：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。3.黑體輻射的實驗規(guī)律：黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，如圖所示。(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加。(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動?！九幸慌小?1)只有高溫物體才能輻射電磁波。(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大。(√)二、能量子1.定義：組成黑體的振動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，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.表達式：ε＝hν。其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。h稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s。3.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?！九幸慌小?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。(√)探究1黑體及黑體輻射的理解1.一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、反射特點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既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關完全吸收各種入射電磁波，不反射2.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強度都有增加；②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動?！纠?】關于黑體及黑體輻射，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度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與溫度、材料的種類及表面狀況都無關D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體答案D解析有些黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮，所以黑體不一定是黑的，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關，故選項B、C錯誤；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體，故選項D正確?！踞槍τ柧?】(2021·辛集市一中高二月考)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法正確的是()A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都減小B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動D.隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動答案D解析隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。綜上分析D正確，A、B、C錯誤。探究2能量子的理解和計算1.物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是帶電微粒的振動頻率，也即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率?！纠?】氦—氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當激光器的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014答案B解析一個能量子的能量為ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率為1mW時，每秒發(fā)出的能量子數(shù)為n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×10－3×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(個)＝3.2×1015(個)?！踞槍τ柧?】對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法錯誤的是()A.以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收B.輻射和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答案C解析帶電微粒輻射或吸收能量時是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的。故選項A、B、D正確，C錯誤。1.(黑體和黑體輻射的理解)(2021·遼寧朝陽市模擬)“測溫槍”(學名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。為了得出黑體輻射公式，下列哪位科學家首先把能量子引入物理學()A.普朗克 B.瑞利C.愛因斯坦 D.波爾答案A解析1900年年底普朗克大膽假設能量只能是最小能量值的整數(shù)倍，這個最小能量值叫作能量子，并把能量子引入物理學。故選項A正確。2．(黑體和黑體輻射的理解)關于黑體與黑體輻射，下列說法正確的是()A．一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，同時也能發(fā)生反射C．帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都減小且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動答案C解析一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，還與材料的種類及表面情況有關，但黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關，A錯誤；黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，B錯誤；根據(jù)能量子的概念，帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，C正確；黑體輻射隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，D錯誤。3．(能量子的理解和計算)關于普朗克“能量量子化”的假設，下列說法正確的是()A．認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是連續(xù)的B．認為能量值是連續(xù)的C．認為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認為微觀粒子的能量是分立的答案D解析普朗克的理論認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的，故選項D正確。4.(能量子的理解和計算)硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能。若有N個波長為λ0的光子打在硅光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量，c為真空中的光速)()A.heq\f(c,λ0) B.Nheq\f(c,λ0)C.Nhλ0 D.2Nhλ0答案B解析一個光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ0)，則N個光子的總能量E＝Nheq\f(c,λ0)，選項B正確。課時定時訓練(限時20分鐘)1.對黑體的認識，下列說法正確的是()A.黑體不僅能吸收電磁波，也能反射電磁波B.黑體是黑色的且其自身輻射電磁波C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除了與溫度有關，還與材料的種類及其表面狀況有關D.黑體是一種理想化模型，實際物體沒有絕對黑體答案D解析黑體吸收電磁波而不發(fā)生反射，黑體自身向外輻射電磁波，不一定是黑色的，A、B錯誤；任何物體都會反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實際是不存在的，黑體是一種理想化的模型，D正確；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與材料的種類及其表面狀況無關，C錯誤。2．下列敘述正確的是()A．高溫物體才能輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與黑體溫度無關D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案D解析根據(jù)熱輻射的定義，A錯誤；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，B、C錯誤；根據(jù)黑體的定義知D正確。3.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()答案A解析由黑體輻射實驗規(guī)律知溫度越高，輻射越強，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，A正確，B、C、D錯誤。4.已知某種單色光的波長為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為()A.heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D.以上均不正確答案A5.影響黑體輻射強度的因素是()A.只有溫度 B.只有波長C.與波長和溫度都有關 D.與波長和溫度都無關答案C解析黑體輻射強度與波長和溫度都有關系，故C正確。6.2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點。下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法錯誤的是()A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C.黑體的熱輻射實質(zhì)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B解析根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射強度按波長的分布情況只與黑體的溫度有關，B錯誤；普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，他認為能量是一份一份的，每一份是一個能量子，黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，故C、D正確。7.經(jīng)測量，人體表面輻射本領的最大值落在波長為94μm處，根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強輻射的波長與物體的熱力學溫度的關系近似為Tλm＝2.90×10－2m·K由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少。答案36℃2.12×10－21J解析人體輻射的能量子的值為E＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,94×10－6)J＝2.12×10－21J，人體表面溫度為T＝eq\f(2.90×10－2,94×10－6)