黑体与黑体辐射
2023年新教材高中物理普朗克黑体辐射理论讲义新人教版选择性必修第三册
1．普朗克黑体辐射理论1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。
2．了解能量子假说，了解普朗克提出的能量子假说的意义，学习科学家的科学探究精神。
3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。
知识点 1 黑体与黑体辐射1．黑体(1)定义：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。
2．黑体辐射的实验规律(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有__增加__；(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长__较短__的方向移动。
知识点 2 能量子1．普朗克的假设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__整数倍__。
即能的辐射或者吸收只能是__一份一份__的。
这个不可再分的最小能量值ε叫作__能量子__。
2．能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为__普朗克常量__。
h＝__6.626×10－34__ J·s。
(一般取h＝6.63×10－34J·s)3．能量的量子化微观粒子的能量是__量子化__的，或者说微观粒子的能量是__分立__的。
这种现象叫能量的量子化。
探究黑体辐射的规律┃┃情境导入__■黑体辐射电磁波的强度按波长的分布如图所示，当温度从1 300 K升高到1 700 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？提示：变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。
┃┃要点提炼__■黑体辐射的实验规律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。
黑体与黑体辐射
向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量
黑体与黑体辐射
二、黑体与黑体辐射
创新微课
不透明1 材料
制成的带小孔的空腔
空腔壁上的小孔
物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。 如果某种物体能够在任何温度下，对入射的任何波长的电磁波 都完全吸收，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
黑体与黑体辐射
创新微课
2. 热辐射的原因：物体中每个分子、原子或离子都在各 自平衡位置附近以各种不同频率做无规则的微振动，每 个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐 射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。
1
3. 特点：辐射强度及波长成分的分布随温度变化；随着 温度的升高，电磁波的短波成分增加。
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
三、黑体辐射的实验规律
创新微课
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
1. 测量黑体辐射的实验原理图 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的
黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。 1
T
T
空腔
平行光管
三棱镜
黑体与黑体辐射
创新微课
2. 辐射强度 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射
能，称为辐射强度。（了解）
1
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②绝对黑体的温度升高时，辐射 强度的最大值向短波方向移动。
黑体与黑体辐射
创新微课
3. 经典物理学所遇到的困难：
M ,T 实验值
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云。
瑞
紫
利
外
灾1 金
难
斯 线
─
黑体辐射
M (T ) = ∫ M λ (T )dλ
0
∞
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斯特藩-玻尔兹曼定律
1879年奥地利物理学家斯特藩 从实验中发现：黑体的单色幅出 度 M（T） 与波长 λ 之间的关系如图 λ 所示：
M λ (T )
M ν (T )
6000k
6000k
3000k
3000k
λ(nm)
ν
下一页
斯特藩得出曲线的面积，即黑体的 幅出度 M（T） 与黑体的热力学温度T的 四次方成正比，即
Mν (T ) = M λ (T )
M λ (T )
M ν (T )
6000k
λ
2
3000k
c
ν
6000k
3000kλ(nm)返回λ 随着黑体温度的升高，每一曲线的峰值波长 m 与 Τ-1 成比例的减小，韦恩找到他们的关系：
维恩位移定律
λm Τ = b
式中b为常数，其值为 2.898 ×10-3 m • K.上式表明， 当黑体的热力学温度升高时，在 M λ ( T ) − λ 曲线 上，与单色幅出度M λ (T ) 的峰值相对应的波长λm 向短波方向移动，这称为维恩位移定律体辐射强度 的瑞利－金斯定律在辐射频率趋向于无穷大 时计算结果和实验数据无法吻合的物理史事 件。黑体辐射试验后，瑞利、金斯和韦恩分 别对试验进行了基于经典物理情景下的公式 耦合，但是瑞利金斯的公式在长波也就是靠 近红光区的部分与实验耦合的很好，但是当 波长趋近于零的时候，公式所得出的功率或 者能量数值趋近于无穷大，这被称为紫外灾 紫外灾 难
ε = hν
普朗克常数
h = 6.626 ×10-34 Js
3) 空腔壁上带电谐振子吸收或发射的能量，只能是 hν 的整 空腔壁上带电谐振子吸收或发射的能量， 数倍， 数倍，即 n = 1,2,3L E = nhν
普朗克黑体辐射理论(学案)——高中物理人教版(2019)选择性必修第三册
第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论【学习目标】1．知道黑体、黑体辐射的概念。
2．了解黑体辐射的实验规律。
3．知道能量子的概念，会计算能量子大小。
4．了解普朗克量子假说。
预习学案一、黑体与黑体辐射黑体辐射的实验规律1．黑体能够完全入射的各种波长的电磁波而不发生的物体。
2．黑体模型如图所示，在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会发生多次和，最终不能从空腔射出。
这个带小孔的空腔就可以近似为一个。
黑体是一个理想化的物理模型。
3．黑体辐射黑体虽然不电磁波，却可以向外电磁波，这种辐射叫作黑体辐射。
4．黑体辐射的实验规律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，如图所示。
二、能量子1．定义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。
当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作。
2．能量子大小ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，h称为，h＝6.626 070 15×10－34J·s （一般取h＝6.63×10－34 J·s）。
3．能量的量子化微观粒子的能量是的，或者说微观粒子的能量是的。
课堂学案：［典例1］［多选］黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动［典例2］［多选］某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光。
已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的（）A．是紫外线B．是红外线C．一个光子的能量约为1.3×10－18 J D．光子数约为每秒3.8×1016个达标学案：1．能正确解释黑体辐射实验规律的是（）A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．牛顿提出的微粒说D．惠更斯提出的波动说2．关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（）A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．物体温度越高，辐射强度越大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3．［多选］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，是因为黑体也可以向外辐射电磁波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4．对黑体辐射电磁波的强度按波长的分布有影响的因素是（）A．温度B．材料C ．表面状况D ．以上都正确5．［多选］下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是（ ）A ．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加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 ．黑体辐射无任何规律6．［多选］在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。
4-1 普朗克黑体辐射理论 (教学课件)-高中物理人教版(2019)选择性必修第三册
解析:在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大
的,也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间,故选项
A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐
射的强度越大,则辐射强度的极大值也越大,故选项C正确;随
着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移
动,故选项D正确。
三 能量子
典例剖析
小灯泡的功率P=1 W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波
长λ=10-6 m,求小灯泡每秒辐射的能量子数是多少?
(h=6.63×10-34 J·s)
答案:5×1018
解析:每秒小灯泡发出的能量为E=Pt=1 J
1个能量子的值为
ε=hν= =
.×- ××
上述变化都将反过来,故选项A、C、D正确,B错误。
学以致用
(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是(
)
A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,
也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间
C.温度越高,辐射强度的极大值就越大
D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短
人称之为 普朗克常量 ,其值为h = 6.626 070 15×10-34 J·s。
3.普朗克的假设内容: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。
微训练2下列能正确解释黑体辐射实验规律的是(
)
A.能量连续的经典理论
B.普朗克提出的能量量子化理论
C.能量连续的经典理论和普朗克提出的能量量子化理论都
D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
答案:AD
高中物理黑体辐射的三个公式
高中物理黑体辐射的三个公式（一）、黑体与黑体辐射1、热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，因此叫做热辐射。
2、黑体：能够完全吸收入射的各种电磁波而不发生反射的物体叫做黑体。
3、黑体辐射：(1)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。
(2)随温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强度都有增强；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
（二）、普朗克的能量量子化假说1、能量量子化：黑体的空腔壁由大量振子（振动着的带电微粒）组成，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，并以这个最小能量值为单位不断地辐射或吸收能量。
2、能量子：（1）定义：不可再分的最小能量值ε。
（2）关系式：ε=hν，ν是电磁波的频率_；h是普朗克常数，h=________。
（一）基本概念1光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。
2光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。
3光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。
4.光照强度：单位时间照到单位面积上光子的总能量。
公式A=Nh/tS5.逸出功：使电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同，同一种金属的逸出功一定。
6.金属的截止频率：电子吸收频率为的光子能量后，刚能够电离，即刚能克服逸出功。
这种光子的频率等于金属的截止频率。
（二）光电效应的规律规律1.产生条件：任何一种金属，都有一个极限频率（又叫截止频率，以ν0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。
（1）实验现象：可见光照射锌板，无论光有多强，照射时间有多长，验电器箔片不张开；弧光灯（产生紫外线）照射，无论光多微弱，照射时间多短，箔片都会张开。
（2）经典电磁理论解释：电子会吸收多个光子，能量累加，总会飞出去。
事实是“可见光照射锌板，无论光有多强，照射时间有多长，验电器箔片不张开”，所以无法解释，需出现新理论。
黑体与黑体辐射课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 黑体的定义与特性 • 黑体辐射的基本原理 • 黑体辐射的测量与计算 • 黑体辐射的应用 • 黑体辐射的研究进展与未来展望
目录
CONTENTS
01
黑体的定义与特性
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
热力学
黑体辐射是热力学的重要概念，用于描述物质与辐射相互作用的 规律，是理解热力学过程的基础。
光学
黑体辐射在光学领域的应用主要体现在光谱分析和光谱仪器上，如 黑体辐射计用于测量物体的光谱辐射特性。
原子分子物理
黑体辐射理论在原子分子物理领域中用于描述原子能级跃迁和辐射 的规律。
在工程领域的应用
能源工程
测量误差
由于测量设备的精度限制和环境 因素的影响，测量结果存和实际物理现象之 间的差异，计算结果存在误差。
实验误差
由于实验操作和数据处理过程中 的误差，导致实验结果存在误差
。
04
黑体辐射的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
在物理领域的应用
未来研究展望
探索新型黑体辐射材料
随着新材料技术的不断发展，未来将会有更多新型的黑体 辐射材料被发现和应用，为相关领域的发展提供新的可能 性。
深入研究黑体辐射的机理
目前对黑体辐射的机理仍存在一些未解之谜，未来研究将 进一步深入探索黑体辐射的物理机制和数学模型，提高理 论预测的精度和可靠性。
拓展黑体辐射的应用领域
黑体辐射的计算公式
普朗克辐射定律
维恩位移定律
描述了黑体辐射的能量分布与波长和 温度之间的关系，是计算黑体辐射的 基础公式。
第一节 普朗克黑体辐射理论(共15张PPT)
2. 普朗克的量子化理论
普朗克认为：物体发射或吸收的能量不是连 续的，而是一份一份的。每一份叫做一个能 量子，每一个能量子的能ɛ=hγ
h~普朗克常 h6.6 313 0j4•s
γ~ 电磁波的频率
学习互动
例1 关于黑体辐射电磁波的强度与波长的关系, 图4-1-1中正确的是 ( B )
6.要求学生仔细阅读文本，结合文本 内容分 析“成长” 的含义 即可。 注意从 两方面 。一方 面特教 学生的 成长； 另一方 面：特 教老师 和校长 的心路 历程的 成长。 注意结 合内容 阐述。
7.．作者选择一个诗意场景和象征性 物象，“ 花开、 微风、 花香”， 渲染一 种美好 的氛围 ，暗示 人们对 美好事 物的向 往和追 求，结 尾再次 照应渲 染升华 主题， 达到“ 妈妈”和 “花”互 喻的效 果。文 字诗意 灵动， 唤起读 者的审 美感受 ，暗示 并赞美“ 妈妈” 最善最 美的心 灵
图4-1-1
[解析] 黑体辐射 电磁波的强度与 温度有关,温度 越高,辐射强度 越大.随着温度 的升高,黑体辐 射强度的极大值 向波长较短的方 向移动,故B正确.
学习互动
例2 萤火虫是一种能发光的小昆虫,我国古代有人叫它“夜照”.萤火虫 主要生活在树丛中、小河边.夏天的夜晚,它在空中飞来飞去,尾部那 黄绿色的光点一闪一闪的,像一盏盏小灯笼.通常情况下灯泡只有10% 的功率用以发光,其余的90%全都转化成热浪费了.而萤火虫却不发热, 可以使其功率全部用以发光.若萤火虫发光的功率P=0.01 W,设其发光
向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速 c=3×108 m/s.求:
(1)萤火虫每秒钟辐射的光子数;
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科技名词定义
中文名称：黑体辐射
英文名称：blackbody radiation;black body radiation
定义1：黑体发出的电磁辐射。
它比同温度下任何其他物体发出的电磁辐射都强。
应用学科：大气科学（一级学科）；大气物理学（二级学科）
定义2：研究实际物体吸收和发射辐射能量的性能时的一种理想化的比较标准。
应用学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）
8-1 黑体辐射
黑体辐射即为热辐射，是物体由于自身温度高于环境温度而产生的向外辐射电磁波的现象。
一、热辐射
1、有关热辐射的物理量
（1）辐射能量分布函数：，时刻t、空间点r附近单位体积内的辐射场中，方向为轴的
立体角内、频率附近内的能量为
辐射场的能量密度：U，单位体积内的辐射能量
辐射场的谱密度：单位体积、单位频率内的辐射能量u
即，而
辐射场的亮度B：沿s方向单位立体角内的辐射能流密度
辐射场的亮度的谱密度：
通过面元的辐射通量及其谱密度
辐射本领：单位表面积发出的辐射通量R。
辐射本领的谱密度。
，
辐射照度：照射在物体上的单位表面积的辐射通量E及其谱密度e：
，（各向同性辐射场）
吸收本领
辐射通量：温度为T时，频率附近单位频率间隔内的辐射能量。
，：辐射谱密度、辐射本领。
）吸收本领、吸收比：照射到物体上的通量，其中被物体吸收的通量，比例
，称为吸收本领或吸收比。
基尔霍夫热辐射定律：热平衡状态下物体的辐射本领与吸收本领成正比，比值只与有关。
即，是普适函数，与物质无关。
吸收大，辐射也大。
二、黑体辐射
1．绝对黑体：只有吸收，没有反射。
即吸收本领。
则此时，=，通过研究辐射本领就可以得知普适函数的特性，使得对物质热辐射
的研究大为方便。
只开有一个小口的空腔，对于射入其中的光，可以完全吸收,故该空腔的开口可以作为绝对黑体。
2．绝对黑体热辐射的实验规律，可以用辐射本领与波场的关系描述。
三、黑体辐射的定律
1．Stefan-Boltzmann定律
，，
Stefan-Boltzmann常数。
辐射的总能量，即曲线下的面积与成正比。
2．Wien位移定律
，函数的极大值满足，
3．Rayleigh-Jeans定律
绝对黑体空腔内的光以驻波的形式存在，单位体积内、频率在到
之间的驻波数为
，而从小孔辐射出的驻波数为，辐射出的能量，即辐射本领为
或。
，与实验结果偏离。
称为"紫外灾难"。
四、Plank的量子假设（1900年提出，1918年获Nobel奖）
空腔中的驻波是一系列的谐振子，只能取一些分立的能量，即
，
且，，Plank常数。
则一个谐振子处于态的几率为，空腔内每一个驻波，即每一个谐振子的平均能量为
=
黑体的辐射本领为
=
长波段，，==，
=与Rayleigh-Jeans定律符合。
短波段，，
，与实验结果一致。