2-1拨开黑体辐射的疑云
沪科教版高三物理选修3-5全册课件【完整版】
第二章波和粒子
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2.1拨开黑体辐射的疑云
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沪科教版高三物理选修3-5全册课 件【完整版】目录
0002页 0080页 0144页 0170页 0196页 0235页 0291页 0331页 0356页 0381页 0451页 0549页
1.1探究动量变化与冲量的关系 1.4美妙的守恒定律 2.1拨开黑体辐射的疑云 2.3光是波还是粒子 第三章原子世界探秘 3.2原子模型的提出 3.4光谱分析在科学技术中的应用 4.1原子核结构探秘 4.3让射线造福人类 第五章核能与社会 5.2裂变及其应用 5.4核能利用与社会发展
1.1探究动量变化与冲量的关系
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1.3动量守恒定律的案例分析
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1.4美妙的守恒定律
2-1拨开黑体辐射的疑云
正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
在火炉旁边有什么感觉?投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会是什么颜色?
一、热辐射
1、概念： 物体在任何温度下，都会发射电磁波。温度不同，所发射的电磁 波的频率、强度也不同。物理学中把这种现象叫做热辐射。 辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。 2. 热辐射特点 任何物体任何温度均存在热辐射 温度升高 发射的能量增加 如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯 昏黄色 贼亮 刺眼 直觉:低温物体可以发出红外光 炽热物体可以发出可见光 高温物体可以发出紫外光 电磁波的短波成分增多
引发近现代物理的两个物理事件 1900年英国物理学家开尔文在展望20世纪物理学的发展的文章中说到： “在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要 做一些零碎的修补工作就行了。” --开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只 要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加 几位罢了！ 开尔文还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安 的乌云，----” 迈克尔逊莫雷实验 浇灌着两朵鲜花。 热辐射实验
c 2 T
实验
M 0 (, T )
瑞利-琼斯线
公式适合于短波波段， 长波波段与实验偏离。 维恩线
2）瑞利（英国）----金斯公式
M 0 T
2ckT
T=1646k
4
公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符, ----“紫外灾难”
瑞利公式在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于零时，辐 射竞变成无穷大，这显然是荒谬的，由于波长很小的辐射处在紫外线波段，
第 2章
波和粒子
拨开黑体辐射的疑云.
• 1889年，在基尔霍夫逝世后，普朗克 回到母校继任了老师的职位，成为柏 林大学的教授，并一直在此工作到 1926年退休。1894年，普朗克被选 为普鲁士科学院院士；1926年，他被 英国皇家学会吸收为会员。他同时还 兼任柏林威廉皇家研究所所长。
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• 也就是从他被选为普鲁士科学院院士这一 年开始，普朗克开始从事黑体辐射方面的 研究。他先是对基尔霍夫辐射定律中的普 适函数感兴趣，决心找到这个普适函数， 经过5年的努力，他得到了辐射能分布的 初步公式。其后一年，普朗克集前人的研 究成果，结合自己的发现，于1900年10 月19日在德国物理学会会议上以《对维恩 辐射定律的一点修正》为题，宣布了自己 的辐射公式，即“普朗克辐射公式”。当 天夜晚，德国实验物理学家鲁本斯将自己 的实验数据与普朗克公式的理论结果作了 20 仔细的比较，发现无论是在哪个波段二者
7
解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A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， 故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此 是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。 答案：C
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2．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是 ( ) A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电 磁波 B．温度越高，物体辐射的电磁波越强 C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有 关，与材料种类及表面状况无关 D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电 磁波的颜色
11
解析：根据普朗克能量子假说知，A错误，B、 C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的 特征，不同于宏观世界，D错误。 答案：B、C
12
4．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家， 以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温 度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇 宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景 辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( ) A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假 说
黑体辐射的疑云教案
黑体辐射的疑云教案教案标题：黑体辐射的疑云教案教案目标：1. 了解黑体辐射的基本概念和特征。
2. 理解黑体辐射的疑云，包括紫外灾难和紫外灾难的解决方案。
3. 探究黑体辐射在日常生活和科学研究中的应用。
教案步骤：引入：1. 利用实例或图片引起学生对黑体辐射的兴趣，如太阳、炉子等。
2. 提问学生对黑体辐射的了解程度，并激发学生的思考。
探究：3. 介绍黑体辐射的基本概念和特征，包括黑体的定义、吸收、辐射和发射等。
4. 引导学生思考黑体辐射的疑云，如为什么太阳光中没有紫外线灾难、为什么黑体辐射的能量密度与频率存在矛盾等。
5. 分组讨论，学生自主探究黑体辐射的疑云，并提出自己的解释和猜想。
解答：6. 指导学生了解紫外线灾难的概念和原因，以及科学家如何解决这个问题。
7. 提供相关实验或案例，让学生了解紫外线灾难的解决方案，如使用滤光镜、防晒霜等。
8. 解答学生在探究过程中提出的问题，并提供相关的科学解释。
应用：9. 引导学生思考黑体辐射在日常生活和科学研究中的应用，如太阳能利用、红外线热成像等。
10. 分组讨论，学生分享自己对黑体辐射应用的思考和观点。
11. 鼓励学生进行小组展示，展示他们对黑体辐射应用的研究成果。
总结：12. 总结黑体辐射的基本概念和特征，以及解决黑体辐射疑云的方法。
13. 引导学生思考黑体辐射的重要性和应用前景。
拓展：14. 鼓励学生进行进一步的研究，探究黑体辐射在其他领域的应用，如医学、通信等。
15. 提供相关的参考资料或资源，帮助学生深入学习和研究。
评估：16. 设计简单的问题或小测验，检查学生对于黑体辐射的理解和应用能力。
教案扩展：根据学生的实际情况和学习进程，可以适当调整教案的内容和深度，加入更多的实验、案例或练习，以促进学生的学习兴趣和能力提升。
同时，教师可以根据学生的表现和反馈，及时调整教学策略和方法，以达到更好的教学效果。
2013年沪科物理选修3-5课件：第2章2.1
2．黑体 除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界 吸收 射来的电磁波，如果某种物体能够完全______入 反射 射的各种波长的电磁波而不发生_______，这种 黑体 物体就是__________，简称______． 绝对黑体 科学家实验测出了黑体的辐射本领跟波长的关系， 随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长电磁 波的本领都有所_______；另一方面，辐射本领 增大 较短 的最大值向波长______的方向移动．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．以下宏观概念，哪些是“量子化”的( ) A．木棒的长度 B．物体的质量 C．物体的动量 D．学生的个数 解析：选D.所谓“量子化”应该是不连续的，一 份一份的，故选项D正确．
课堂互动讲练
黑体辐射的实验规律的应用 在实验室或工厂的高温炉子上开一小 孔，小孔可看成黑体，由小孔的热辐射特性， 就可以确定炉内的温度．如图2－1－2所示， 就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图 像，则下列说法正确的是( )
关外，还与材料的种类及表面状况有关．
2．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，如图－1－1所示．
图2－1－1
(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有
所增加；
(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．
特别提醒：一切物体都在不停地辐射电磁波．
即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．下列说法正确的是( ) A．只有温度高的物体才会有热辐射 B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射 能量 C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可 以有较强的辐射 D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温 度有关外，还与材料的种类和表面状况有关 答案：CD
一、第二朵“乌云”——“紫外灾难” 1．热辐射 实验表明，物体在任何温度下，都会发射出 电磁波 电磁波 _______，温度不同，所发出的_______的频率、 强度也不同，物理学把这种现象叫做热辐射． 物体的温度较低时，热辐射的波长主要落在 红外 _____区域；当温度升高时，辐射的_______的份 可见光 额增大．
2.1拨开黑体辐射的疑云学案(沪科版3-5)
恒口高中2013-2014高二物理学案乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海沪科3-5 编号:№ 26课题：2.1拨开黑体辐射的疑云主编：史胜波审稿：丁义浩时间： *实授课时：1班级：姓名：组号：组评：自我检测1、下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波2、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3、关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( )A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加B．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C．黑体热辐射的强度与波长无关 D．黑体辐射无任何实验4、以下宏观概念，哪些是“量子化”的( )A．木棒的长度 B．物体的质量 C．物体的动量 D．学生的个数5、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( )A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光6、能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10—18J，已知可见光的平均波长约为60μm，普朗克常量为6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为( )A．1个 B．3个 C .30个D．300个7、2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。
他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。
下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( )A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说8、对应于3.4×l0—l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少?9、氦—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为多少个？10、二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10－3—1.6×10－3 m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，“温室效应”使大气全年的平均温度升高，空气温度升高，3.2×1015个从微观上看就是空气中分子无规则运动运动_______ 。
2.1拨开黑体辐射的疑云
3．黑体辐射：绝对黑体辐 射的电磁波的强度只与黑体 的温度有关，这种辐射叫黑 体辐射。
黑体辐射的实验规律
1．实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的 辐度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长 较短的方向移动。 2．经验定律 (1)维恩位移定律：随着黑体温度升高，所发射的辐射 最强的波长变短，即向光谱的紫色区移动。 (2)瑞利一金斯公式 3．“紫外灾难” 维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验 偏离很大；瑞利公式在短波区与实验严重不符，不但 不符，而且当波长趋于零时，辐射竞变成无穷大，这 显然是荒谬的，由于长波很小的辐射处在紫外线波段， 故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论 的灾难，当时称为“紫外灾难”。
验规律：普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是 量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．借助 于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波 长分布的公式，与实验符合得很好．
普朗克在1900年把“能量子”引入物理学，正确 地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物 理学思想的基石之一。
1918诺贝尔物理学奖
红外线温度计
第1节 拨开黑体辐射疑云
第1节 拨开黑体辐射疑云
物理学的新纪元：能量量子化
19世纪，经典的力学、电磁学、统计物理学取得 了极大的成就。1900年，开尔文勋爵(威廉·汤 姆孙)回顾了物理学过去几百年的发展，充满自 信地宣称：科学的大厦已经完成，未来的物理 学家只要做些修补的工作就可以了。不过他也 承认，“明朗的天空中还有两朵小小的、另人 不快的乌云。”
M (T )
二、普朗克量子假设
实
高中物理 2.12.2 拨开黑体辐射的疑云 涅盘凤凰再飞翔
【步步高】2014-2015学年高中物理 2.1-2.2 拨开黑体辐射的疑云涅槃凤凰再飞翔每课一练沪科版选修3-5[基础题]1．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()A．红光B．橙光C．黄光D．绿光答案 A解析按照爱因斯坦的光子说，光子的能量E＝hν，h为普朗克常量，说明光子的能量与光的频率成正比，而上述四种单色光中，绿光的频率最大，红光的频率最小，故光子能量最小的是红光，所以选项A正确．2．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是() A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假设答案ACD解析根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，B错误，普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假设，他认为能量是一份一份的，一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C、D正确．3．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强度成正比答案 D解析由E＝hν＝h cλ知，当入射光波长小于极限波长时，才能发生光电效应，故A错．由Ekm＝hν－W知，最大动能由入射光频率决定，与光强度无关，故B错．发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C错．4．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中() A．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个规律．光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E ′＝hν′＝h c λ′，由E>E ′可知λ<λ′，选项C 正确．5．如图1所示，画出了四种温度下黑体辐射的本领与波长的关系图像，从图像可以看出，随着温度的升高，则( )图1A ．各种波长的辐射本领都有增加B ．只有波长短的辐射本领增加C ．辐射本领的最大值向波长较短的方向移动D ．辐射电磁波的波长先增大后减小答案 AC解析 根据黑体辐射的实验规律和辐射本领与波长的关系可判断A 、C 正确．6．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N 个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗克常量)( )A ．h·c λ0B ．Nh·c λ0C ．N·hλ0D ．2Nhλ0 答案 B解析 一个光电子的能量E ＝hν＝h c λ0，则N 个光子的总能量N·E ＝Nh c λ0.选项B 正确． 7．某金属的逸出功为2.3 eV ，这意味着( )A ．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面B ．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面C ．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eVD ．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV 答案 B解析 逸出功指原子的外层电子脱离原子核克服引力所做的功．8．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大动能增加，下列做法可取的是( )A ．改用红光照射B ．增大绿光的强度C ．增大光电管上的加速电压D ．改用紫光照射答案 D解析 由爱因斯坦光电效应方程hν＝W ＋Ekm ，在逸出功一定时，只有增大光的频率，才能增加最大动能，与光的强度无关，故D 项正确．[能力题]9．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0( )A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大动能为hν0C ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大动能也增大一倍 答案 AB解析 因入射光的频率大于极限频率时产生光电效应，所以A 正确；因为金属的极限频率为ν0，所以逸出功W ＝hν0，再由Ekm ＝hν－W 得，Ekm ＝2hν0－hν0＝hν0，B 正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 项错误；由Ekm ＝hν－W ＝hν－hν0＝h(ν－ν0)，可得当ν加倍时：Ekm ′Ekm ＝2ν－ν0ν－ν0≠2，故D 项错．图210.在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大动能Ekm 与入射光的频率ν的关系如图2所示，由实验图线可求出( )A ．该金属的极限频率B ．普朗克常量C ．该金属的逸出功D ．单位时间逸出的光电子数答案 ABC解析 依据光电效应方程Ekm ＝hν－W 可知，当Ekm ＝0时，ν＝ν0，即图像中横轴的截距在数值上等于金属的极限频率．图线的斜率在数值上等于普朗克常量h.当ν＝0时，Ekm ＝－W ，即图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功．11．(2013·浙江自选·14)小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图3甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s图3(1)图中电极A为光电管的____________(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝____Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.答案(1)阳极(2)(5.12～5.18)×1014(3.39～3.43)×10－19(3)(1.21～1.25)×10－19[探究与拓展题]12．铝的逸出功是4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面．求：(1)光电子的最大动能；(2)遏止电压；(3)铝的极限频率．答案 (1)3.225×10－19 J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析 (1)根据光电效应方程Ekm ＝hν－W 有 Ekm ＝hc λ－W ＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9 J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J(2)由Ekm ＝eU0可得U0＝Ekm e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ＝2.016 V .(3)hν0＝W 知ν0＝W h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34 Hz ＝1.014×1015 Hz.。
拨开黑体辐射的疑云
这种与温度有关的辐射 称为热辐射 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
注意： 热辐射与温度有关
低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光
2、黑体与黑体辐射
结论：
随着温度的升高，一方面黑体辐射 各种波长电磁波的辐射本领都有所增大， 另一方面辐射本领的最大值向波长较短 的方向移动。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学零碎 的修补工作就行了。”
--开尔文--
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈 只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点 后面再加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家， 就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----”
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与迈克尔逊实验有关,另一朵与黑体 辐射有关.
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就
从第一朵乌云中降生了量子论，紧接
着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发 展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山 重水复疑无路, 柳暗花明又一村”
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.6261034 焦 秒
四、课堂小结
1、热辐射现象及其特点
2、黑体及不同温度下黑体辐射本领与 波长的关系 3、普朗克的能量量子化
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。
M 0 (T )
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
《拨开黑体辐射的疑云》 讲义
《拨开黑体辐射的疑云》讲义在物理学的发展历程中，黑体辐射一直是一个令人着迷又充满困惑的现象。
它就像一团笼罩在物理学天空中的疑云，直到量子力学的出现，才逐渐被驱散。
让我们先来了解一下什么是黑体。
黑体并不是指一个黑色的物体，而是一种理想化的物理模型。
它能够完全吸收所有入射的电磁辐射，并且不会反射或透射任何辐射。
这意味着，无论什么波长的光照射到黑体上，都会被它完全吸收。
那么黑体辐射又是什么呢？当黑体被加热时，它会向外发射电磁辐射，这种辐射的能量分布与黑体的温度有关。
在 19 世纪末，科学家们通过实验测量了黑体辐射的能量分布曲线。
然而，当时经典物理学的理论却无法很好地解释这些实验结果，这就引发了一系列的问题和困惑。
经典物理学中的瑞利金斯定律在长波部分与实验结果符合得较好，但在短波部分却出现了严重的偏差，理论预测的能量值趋于无穷大，这就是所谓的“紫外灾难”。
这个问题让物理学家们陷入了深深的思考。
就在这个关键时刻，普朗克站了出来。
他提出了一个革命性的假设：黑体辐射的能量不是连续的，而是以一份一份的形式发射和吸收的，每一份能量的大小与辐射的频率成正比，比例常数被称为普朗克常数。
这个假设成功地解释了黑体辐射的实验结果，开启了量子力学的大门。
普朗克的量子化假设在当时是非常大胆和创新的。
它打破了经典物理学中能量连续的观念，让人们对微观世界的认识发生了根本性的改变。
随着研究的深入，爱因斯坦进一步发展了量子理论。
他提出了光量子假说，成功解释了光电效应。
这一假说表明，光不仅具有波动性，还具有粒子性，进一步加深了人们对量子世界的理解。
黑体辐射的研究不仅推动了量子力学的发展，还对我们的日常生活产生了深远的影响。
例如，基于黑体辐射原理制造的各种高温测量仪器，在工业生产中发挥着重要作用。
再从哲学的角度来看，黑体辐射的研究让我们认识到，自然界的规律可能比我们想象的更加复杂和奇妙。
人类对真理的追求是一个不断探索和修正的过程，我们不能被固有的观念所束缚，要有勇气去突破和创新。
高中物理2.1拨开黑体辐射的疑云试题
高中物理2.1拨开黑体辐射的疑云试题 2019.091,在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图所示。
当变压器输入电压发生变化时，可上下调节P1、P2的位置，使输出电压稳定在220V上。
现发现输出电压低于220V，下列措施正确的是( )Ａ．P1不动，将P2向上移Ｂ．P2不动，将P1向下移Ｃ．将P1向上移，同时P2向下移Ｄ．将P1向下移，同时P2向上移2,如图所示，是一列简谐横波在某时刻的波形图。
若此时质元P正处于加速运动过程中，则此时( )Ａ．质元Q和质元N均处于加速运动过程中Ｂ．质元Q和质元N均处于减速运动过程中Ｃ．质元Q处于加速运动过程中，质元N处于减速运动过程中Ｄ．质元Q处于减速运动过程中，质元N处于加速运动过程中3,海王星是绕太阳运动的一颗行星，它有一颗卫星叫海卫1。
若将海王星绕太阳的运动和海卫1绕海王星的运动均看作匀速圆周运动，则要计算海王星的质量，需要知道的量是（引力常量G为已知量）( ) Ａ．海卫1绕海王星运动的周期和半径Ｂ．海王星绕太阳运动的周期和半径Ｃ．海卫1绕海王星运动的周期和海卫1的质量Ｄ．海王星绕太阳运动的周期和太阳的质量4,如图所示的电路中A、B是两块平行金属板，P是金属板间的一个点。
先将开关S闭合给两金属板充电，然后再将开关断开。
保持开关断开，B 板不动，将A板移动到图中虚线所示的位置。
用U1表示两金属板间的电势差，用U2表示P点与B板间的电势差。
则( )Ａ．U1减小，U2减小Ｂ．U1减小，U2不变Ｃ．U1减小，U2增大Ｄ．U1不变，U2不变5,如图a所示，水平面上质量相等的两木块A、B用一轻弹簧相连接，整个系统处于平衡状态。
现用一竖直向上的力F拉动木块A，使木块A向上做匀加速直线运动，如图b所示。
研究从力F刚作用在木块A的瞬间到木块B刚离开地面的瞬间这个过程，并且选定这个过程中木块A的起始位置为坐标原点，则下列图象中可以表示力F和木块A的位移x之间关系的是( )6,⑴用螺旋测微器测一金属丝的直径，示数如图所示，读出金属丝的直径为 mm。
高考物理2.1拨开黑体辐射的疑云专题1
高考物理2.1拨开黑体辐射的疑云专题12020.031,如图所示，P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a 、b 、c 三束．以下判断正确的是：A ．a 为α射线、b 为β射线B ．a 为β射线、b 为γ射线C ．b 为γ射线、c 为β射线D ．b 为α射线、c 为γ射线-2,下列说法中不正确的是( )：A ．汤姆生发现电子，并提出原子结构“枣糕模型”B ．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，发现原子核有一定的结构D ．爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说3,在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是：A ．使光子一个一个地通过单缝，如果曝光时间足够长，底片上将会显示衍射图样B ．只有单个光子通过单缝后，底片上也会出现完整的衍射图样C ．光子通过狭缝的运动路线像水波一样起伏D ．单个光子通过单缝后运动有随机性，大量光子通过单缝后运动也呈现随机性4,1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家．下列核反应中属于研究“两弹”的基本核反应的是：A ．N 147 +He 42→O 178 +H 11B ．U 23592 +n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10C ．U 23892 →Th 23490 +He 42D ．H 21+H 31→He 42+n 10 5,氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是：A ．电子绕核旋转的半径增大B ．氢原子的能量增大C ．氢原子的电势能增大D ．氢原子核外电子的速率增大 6,下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是：DCBA7,新发现的一种放射性元素X ，它的氧化物X2O 的半衰期为8天，X2O 与F 发生化学反应2X2O+2F2=4XF+O2之后，XF 的半衰期为：A ．2天B ．4天C ．8天D ．16天8,下列关于放射性元素的半衰期的几种说法正确的是 （ ）A.同种放射性元素，在化合物中的半衰期比在单质中长B.放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态无关，它是一个统计规律，只对大量的原子核才适用C.氡的半衰期是3.8天，若有4 g 氡原子核，则经过7.6天就只剩下1 gD.氡的半衰期是3.8天，若有4个氡原子核，则经过7.6天就只剩下一个 9,利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为v0的可见光照射阴极K ，电流表中有电流通过，则：A ．只用紫外光照射K ，电流表中不一定有电流通过B ．只用红外光照射K ，电流表中一定无电流通过C ．频率为v0的可见光照射K ，变阻器的滑片移到A 端，电流表中一定无电流通过D ．频率为v0的可见光照射K ，变阻器的滑片向B 端滑动时，电流表示数可能不变10,关于光谱的产生，下列说法正确的是：A ．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是明线光谱B ．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱C ．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是明线光谱D ．炽热高压气体发光产生的是明线光谱11,α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是 （ ）A.α粒子与原子核外电子碰撞B.α粒子与原子核发生接触碰撞C.α粒子发生明显衍射D.α粒子与原子核的库仑斥力作用12,氦原子的一个核外电子被电离，会形成类似氢原子结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1=－54.4 eV ，氦离子能级的示意图如图所示．可以推知，在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是：A ．40.8 eVB ．43.2 eVC ．51.0 eVD ．54.4 eVE E E E E 12340-3.4 eV eV eVeV-6.0-13.6-54.4∞ 13,在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（Rn 22286），由于衰变，它沿着与磁场垂直的方向放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，两圆的直径之比为42∶1，如图所示．那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个： A ．e Fr Rn 012228722286-+→ B ． H At Rn 212208522286+→ C ．e At Rn 012228522286+→ D ．HePo Rn 422188422286+→14,目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的，u 夸克带电荷量为＋e 32，d 夸克带电荷量为e 31-，e 为元电荷．下列论断中可能正确的是：A ．质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成 15,关于振动和波的关系，下列说法正确的是（ ）A 、如果没有机械振动，一定没有机械波，有了机械振动，就一定产生机械波B 、由某波源产生的波，波的频率和波源的频率一样C 、波源的振动速度和波速一样D 、在传播波的介质中，每个质点都在自己的平衡位置附近振动，并不随着波的传播而迁移。
高中物理2.1拨开黑体辐射的疑云专项测试同步训练2320
高中物理2.1拨开黑体辐射的疑云专项测试同步训练
2020.03
1,如图所示，P为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a、b、c三束．以下判断正确的是：
A．a为α射线、b为β射线 B．a为β射线、b为γ射线
C．b为γ射线、c为β射线 D．b为α射线、c为γ射线a
b
c
+
P
-
2,中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．反物质即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但电性相反的物质，如反质子即为11-H．假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，沿OO′穿过速度选择器后进入匀强磁场B2形成4条径迹，下列说法正确的是：
A．1、2是反粒子的径迹 B．3、4为反粒子的径迹
C．2为反α粒子径迹 D．4为反α粒子径迹
答案
1, 解析：本题考查三种射线．由α粒子带正电、β粒子带负电、γ射线不带电知，正确选项为B ．答案：B
2, 解析：本题考查带电粒子在磁场中的匀速圆周运动及速度选择器、粒子的性质．
由于4种射线均能沿OO ′直线通过B1， 因此它们的速率相等(v=1B E
)．进
入B2后做匀速圆周运动的半径r=qB mv
．
由于α粒子和反α粒子的q m 大，所以半径也大．答案：AC。
高中物理 第2章 波和粒子 2.1 拨开黑体辐射的疑云学高二物理试题
点囤市安抚阳光实验学校2.1 拨开黑体辐射的疑云(建议用时：45分钟)[学业达标]1.以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是( )A.物体在某一温度下只能辐射某一固波长的电磁波B.当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C.当铁块的温度较高时会呈现赤，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D.早、晚时分太阳呈现，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高E.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【解析】由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐种波长的电磁波，选项B、C、E正确.【答案】BCE2.在室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确炉内的温度.如图214所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )图214A.T1>T2B.T1<T2C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动E.与λ1对的能量子的值大于与λ2对的能量子的值【解析】一般材料的物体辐射能的多少决于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关.表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.从图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D、E.【答案】ADE3.关于黑体辐射的规律说法正确的有( )A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加B.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C.黑体辐射的强度与波长无关D.黑体辐射无任何规律E.物体在任何温度下都会辐射电磁波【答案】ABE4.度诺贝尔物理学奖授予了两名家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化.他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密时代的起点.下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )A.微波是指波长在10－3 m到1 m之间的电磁波B.微波和声波一样都只能在介质中传播C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说E.能量的量子化只是假说，无实际意义【解析】微波是一种电磁波，由电磁波可知，微波的波长在10－3～1 m，A正确；电磁波的传播不需要介质，B错；由于分子和原子的热运动引起的一切物体不断向外辐射的电磁波又叫热辐射，C正确，普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，D正确；普朗克的能量子假设，使人类对微观的本质有了全的认识，对物理学的发展产生了革命性的影响，E错误.【答案】ACD5.在黑体辐测出了辐射的电磁波的强度按波长的分布情况.随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有________，另一方面，辐射强度的极大值向波长________的方向移动.【解析】由得到的黑体辐射本领跟波长的关系可知，随着温度的升高，各种波长电磁波的辐射本领有所增大，且辐射本领的最大值向波长较短的方向移动.【答案】增大较短6.微观里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值叫________，它的值为________.【解析】由普朗克的设想可知，能量的不可分的最小值叫能量子，它的值是hν.【答案】能量子hν7.如图215所示为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，则两温度的关系为________.图215【解析】根据黑体辐射的规律可知，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.【答案】t1＞t28.医生用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知他的体温是多少，你知道其中的道理吗？【解析】根据热辐射的规律可知，人的体温升高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道该人的体温了.【答案】 见解析 [能力提升]9.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 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6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是多少？【解析】 因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P ＝E t ，式中E ＝6ε，又ε＝hν＝h cλ，可解得P ＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9W ＝2.3×10－18W. 【答案】 2.3×10－18W10.某广播电台发射功率为10 kW ，在空气中波长为187.5 m 的电磁波，试求：【：67080016】(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？(2)若发射的能量子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5 km 处，直径为2 m 的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率？【解析】 (1)每个光子的能量ε＝hν＝hc /λ＝6.63×10－34×3×108/187.5 J ＝1.06×10－27J.则每秒钟电台发射上述波长光子的数目为N ＝P ·t ε＝104×11.06×10－27＝1031(个).(2)设环状天线每秒接收光子数为n 个，以电台发射天线为球心，则半径为R 的球面积S ＝4πR 2，而环状天线的面积S ′＝πr 2，所以n ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫πr 24πR 2×N ＝4×1023个；接收功率P 收＝⎝ ⎛⎭⎪⎫πr 24πR 2·P 总＝4×10－4W.【答案】 (1)1031个 (2)4×1023个 4×10－4W11.经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm 处.根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm ＝2.90×10－1m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34J·s)【解析】 人体表面的温度为T ＝2.90×10－1m·K λm ＝2.90×10－1940×10－6 K≈309K≈36 ℃.人体辐射的能量子的值为ε＝h c λm ＝6.63×10－34×3×108940×10－6 J ＝2.12×10－22J.【答案】 36 ℃ 2.12×10－22J。
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这两朵乌云是指什么呢？
迈克尔逊莫雷实验
热辐射实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸 革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵 鲜花。
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
一、热辐射
物体在任何温度下，都会发射电磁波。温度不同，
所发射的电磁波的频率、强度也不同。物理学中把这 种现象叫做热辐射。 辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。
2-1、拨开黑体辐射的疑云
自学思考：
• 1.19世纪末，物理学的第二朵“乌云”是什 么？ • 2.什么是热辐射？ • 3.什么是黑体，黑体辐射？ • 4 .黑体辐射有什么规律？如何从理论上解 释？ • 5.普朗克假设是什么？
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:
2）振子能量
E nh
=h
n = 1, 2 , 3...
2.振子辐射或吸收能量时，交换能量的最小单位是
注意：
能量子很小，宏观世界一般观测不到能
量子效应，可以认为能量是连续的。因此，
经典物理学可以很好的解释宏观现象的运动。 但当研究原子以下的微观世界，就必须考虑 能量量子化。 能量
经典
量子
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入 的观念深感不安，只是在经过十多年的努力 证明任何复归于经典物理的企图都以失败而 告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反 映了新理论的本质。
7
8
/μm
三、普朗克假设驱“乌云”
普朗克的能量子假说与黑体辐射公式 1.能量子假说：
黑体空腔壁的分子可看作振子，振子的能量是 不连续的能量只能是 =h的整数倍: E nh
注 ：1） = h 能量子简称量子，能量的最小单位
h=6.6310-34焦耳· 秒-普朗克常数 ； 振子频率Ｈｚ
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和
h 6.62610
34
焦 秒
4.实验结果及经验结论：
e0 ( , T )
λ
0
1
2
3
4
5
6
(μm)
1.温度升高，黑体辐射各种波长的本领增强 2.温度升高，黑体辐射本领最大值向短波移动
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
M 0 (T )
实验值
紫 外 普 灾 朗 难 克 线
维恩线
一朵令人不安的乌云。
瑞利--金斯线
o
1
2
3
4
5
6
热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
热辐射及其特点 1. 热辐射 由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时辐射的波长分布不同 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 这种与温度有关的辐射 称为热辐射 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
2. 对热辐射的初步认识 任何物体任何温度均存在热辐射
温度 发射的能量 电磁波的短波成分 如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色 贼亮 刺眼
二、黑体与黑体辐射
1、黑体：如果某种物体能够完全吸收投射到 其表面的电磁波而不产生反射，这
种物体就是绝对黑体，简称黑体。
黑体是理想化模型。
“科学的大ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ已经基本完成， 后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。”
--开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈 只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点 后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家， 就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----”