4.1普朗克黑体辐射理论
4.1 普朗克黑体辐射理论 课件(共20张PPT)
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2. 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，形成的电磁波谱。
3. 特性：室温时，主要成分是波长较长的电磁波；当温度升高时，波长较短的电
磁波成分越来越强。
辐射强度及波长成分的分布随温度变化
新知讲解
一、黑体与黑体辐射
1.黑体：如果一个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。
注意：（1）黑体是个理想化的模型。
（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
谢 谢
按波长的分布只与黑体的温度有关。
新知讲解
二、黑体辐射的实验规律
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。
T
空腔
平行光管
三棱镜
新知讲解
二、黑体辐射的实验规律
2.辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
普朗克黑体辐射理论
新知导入
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家威廉·汤姆孙勋爵作了
展望新世纪的发言：
科学的大厦已经基本完成，后辈的物理
学家只要做一些零碎的修补工作就行了
《第四章1普朗克黑体辐射理论》作业设计方案-高中物理人教版19选择性必修第三册
《普朗克黑体辐射理论》作业设计方案（第一课时）一、作业目标本作业设计旨在通过《普朗克黑体辐射理论》的学习，使学生掌握黑体辐射的基本概念、普朗克常数的物理意义及在物理学中的应用，并能够运用该理论分析实际问题，培养学生的科学思维和实验探究能力。
二、作业内容1. 理论学习：学生需认真阅读教材中关于黑体辐射及普朗克常数的相关内容，理解黑体辐射的基本原理，掌握普朗克常数的定义及物理意义。
2. 视频观看：观看普朗克黑体辐射理论的讲解视频，加深对理论的理解。
3. 案例分析：选择几个典型的黑体辐射现象的案例，分析其背后的物理原理，并尝试用普朗克黑体辐射理论进行解释。
4. 实验模拟：通过物理模拟软件进行黑体辐射实验的模拟操作，观察并记录实验现象，分析实验数据。
5. 作业报告：撰写一份关于普朗克黑体辐射理论的作业报告，总结学习过程中的心得体会，以及通过案例分析和实验模拟得出的结论。
三、作业要求1. 理论学习要深入浅出，理解普朗克黑体辐射理论的基本概念和原理。
2. 视频观看需认真观看，做好笔记，理解视频中的重点和难点。
3. 案例分析要选择具有代表性的案例，分析过程要详实，结论要准确。
4. 实验模拟要按照软件操作指南进行，确保实验数据的准确性。
5. 作业报告要条理清晰，观点明确，分析深入，字迹工整。
四、作业评价1. 评价标准：理论学习、视频观看、案例分析、实验模拟和作业报告的综合表现。
2. 评价方式：教师根据学生的表现，结合课堂表现和作业质量进行评价。
3. 评价结果：分为优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级，作为学生平时成绩的一部分。
五、作业反馈1. 教师会根据学生的作业情况，进行个别辅导和集体讲解，帮助学生解决学习中遇到的问题。
2. 对于优秀的作业，教师会在课堂上进行展示和表扬，激发学生的学习积极性。
3. 对于存在问题的作业，教师会指出问题所在，并提供改进意见，帮助学生提高作业质量。
4. 教师会收集学生的作业反馈，及时调整教学策略，提高教学效果。
4.1普朗克黑体辐射理论
19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功
力学
热学
电磁学
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物
理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现
象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。 当时许多物理学家都陶醉在这些成绩之中，认为物理学已经发展到了尽头
能量
h=6.6310-34焦耳 . 秒。----普朗克常数
经典 量子
n为量子数，它只取正整数——能量量子化
E总 nh
3．能量量子化：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．只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量.
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。
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) 经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
1）维恩的半经验公式：
M 0
(T )
c1
5
c 2
相对论的问世
经典 力学
微观领域 高速领域
量子力学 相对论
思考与讨论1 在火炉旁边有什么感觉?
一、热辐射
任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少， 以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。 辐射的能量及其波长的分布都随温度而变化。 热辐射的主要成分: 室温时 主要成分为波长较长的电磁波
普朗克黑体辐射理论课件-高二下学期物理人教版
▪ “假如在一次浩劫中所有的科学知识都被摧毁，只剩下一句话留给后代。什 么样的语句能用最少的词汇包含最多的信息呢？我相信，这就是原子假说 。”
▪ 1895、1896、1897 X射线、放射性及电子三大发现
▪ 卢瑟福提出原子核式模型
▪ 玻尔原子的量子理论
原子论V.S.唯能论
▪ 1807 道尔顿 提出原子论 ▪ 19世纪前中期 克劳修斯，麦克斯韦，玻尔兹曼 建立“分子运动论” ▪ 1870’ 马赫, 奥斯特瓦尔德, 反对原子论，提出唯能论，《化学原理》 ▪ 1905 《化学原理》英文版 ▪ 1906 玻尔兹曼逝世（H定理） ▪ 1908 布朗运动 三实验证实原子论
谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量 的整数倍。
hν
▪ 能量不连续，只能取某一最小能量的整数倍!!!!!
▪ h=6.65×10-34焦耳·秒
▪ 普朗克的能量子假说，对能量连续的观点形成了严重冲击，人们只承认普 朗克公式，却不接受他的能量子假说。
▪ 就连普朗克本人也不能正确理解能量子的物理意义。 ▪ 对此，他的心情非常矛盾，一方面直觉告诉他：这个发现不同寻常，另一
▪ 1896年，德国物理学家维恩通过半理论半经验的方法，得到一个辐射能量 分布公式：这个公式只在短波区、温度较低时和实验结果符合，而在长波 区不符。
▪ 1900年6月，瑞利提出了瑞利-金斯辐射定律，但是，这一公式却只有在长 波区和实验结果符合，而在短波区不符。由于辐射能量与频率ν的平方成 正比，因此当波长接近紫外时，能量为无限大!即在紫色端发散。这一结果 后来被埃伦菲斯特(P.Ehrenfest)称为“紫外灾难”。
▪ 1881年，美国人兰利(Langley)发明了热辐射计，可以很灵敏的测量辐射能 量，并测出能量随波长变化的曲线，如图，从曲线可以很明显的看到能量 最大值随温度的增高向短波方向转移。
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
均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的
面积每秒通过的光子数约 ( )
A．2×1017个
B．2×1016个
C．2×1015个
D．2×1023个
解析：光是电磁波，辐射能量也是一份一份地进行的，功率为100 W的电灯 每秒产生光能E＝100 J，设电灯每秒发射的能量子数为n，E＝nhν＝nhcλ ， 在以电灯为球心的半径为10 m的球面上，1 m2的面积每秒通过的能量子数
[判断] 1.某物体能完全吸收入射的各种电磁波而不反射电磁波，这个物体是黑体。
(√)
2.将物体温度升高，物体辐射电磁波的强度将变大。 3.能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。 4.热辐射只能产生于高温物体。
(√ ) (√ ) (✕ )
5.微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。
(√ )
解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(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，能够完全吸收入 射的各种波长的电磁波而不反射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与 温度有关。实验表明，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。从题图中可以看出，λ1<λ2， T1>T2，本题正确选项为A、D。 答案：AD
3．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点 热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温 度高时辐射强。在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。
热辐射特点
吸收、反射的特点
一般 辐射电磁波的情况与温度有关， 既吸收又反射，其能力与材料的种 物体 与材料的种类、表面状况有关 类及入射波的波长等因素有关
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
物理选择性必修第三册4.1(教案)普朗克黑体辐射理论
物理选择性必修第三册4.1(教案)普朗克黑体辐射理论【教学目标】一、知识与技能1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。
2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。
3．了解能量子的概念。
二、过程与方法了解微观世界中的量子化现象。
比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
三、情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学重点】能量子的概念。
【教学难点】黑体辐射的实验规律。
【教学过程】一、复习提问、新课导入教师：介绍能量量子化发现的背景：19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。
另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。
他们认为物理学已经发展到头了。
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作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
”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。
”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
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”。
点出课题：我们这节课就来学习普朗克黑体辐射理论。
4.1普朗克黑体辐射理论
4.1普朗克⿊体辐射理论4.1普朗克⿊体辐射理论【学习⽬标】1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解⿊体与⿊体辐射。
2．了解⿊体辐射的实验规律，了解⿊体热辐射的强度与波长的关系。
3．了解能量⼦的概念。
【学习过程】⼀、⿊体与⿊体辐射1．热辐射：我们周围的⼀切物体都在辐射__________，这种辐射与__________有关，所以叫热辐射。
2．⿊体如果某种物体能够____________⼊射的各种波长的电磁波⽽不发⽣________，这种物体就是绝对⿊体，简称⿊体。
3．⿊体辐射：⿊体虽然不反射___________，却可以_________________电磁波。
注意：①⼀般物体的辐射与__________、____________、_______________有关，但⿊体辐射电磁波的强度按波长的分布只与⿊体的______________有关。
②绝对⿊体不存在，是理想化的模型⼆、⿊体辐射的实验规律1．辐射强度按波长分布与温度的关系特点：随温度的升⾼①各种波长的辐射强度都在_____________；②辐射强度的最⼤值向_____________⽅向移动。
2．经典物理学所遇到的困难（1）维恩的经验公式：__________符合，____________不符合。
（2）瑞利-⾦斯公式：___________符合，_____________荒唐。
3．超越⽜顿的发现1900年10⽉，_______________在德国物理学会会议上提出⿊体辐射公式与实验结果⾮常吻合。
三、能量⼦（1）普朗克的假设：组成⿊体的振动着的带电微粒能量只能是某⼀最⼩能量值ε的__________，这个不可再分的最⼩能量值ε叫做__________。
（2）能量⼦公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为______________，h＝6.62607015×10-34J·s。
（3）能量的量⼦化：在微观世界中能量是量⼦化的，或者说是微观粒⼦的能量是________的。
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4.1普朗克黑体辐射理论
【学习目标】
1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。
2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。
3．了解能量子的概念。
【学习过程】
一、黑体与黑体辐射
1．热辐射：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与__________有关，所以叫热辐射。
2．黑体
如果某种物体能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
3．黑体辐射：黑体虽然不反射___________，却可以_________________电磁波。
注意：①一般物体的辐射与__________、____________、_______________有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______________有关。
②绝对黑体不存在，是理想化的模型
二、黑体辐射的实验规律
1．辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在_____________；
②辐射强度的最大值向_____________方向移动。
2．经典物理学所遇到的困难
（1）维恩的经验公式：__________符合，____________不符合。
（2）瑞利-金斯公式：___________符合，_____________荒唐。
3．超越牛顿的发现
1900年10月，_______________在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式与实验结果非常吻合。
三、能量子
（1）普朗克的假设：
组成黑体的振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的__________，
这个不可再分的最小能量值ε叫做__________。
（2）能量子公式：
ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为______________，h＝6.62607015×10-34J·s。
（3）能量的量子化：
在微观世界中能量是量子化的，或者说是微观粒子的能量是________的。
例1下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图象中，符合黑体辐射规律的是()
例2人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收
到的最小功率约是()
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
小结：一般物体与黑体的比较
热辐射特点吸收、反射特点
一般物体
辐射电磁波的情况与温度、材料
的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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完全吸收入射的各种波长的电磁波，不发生反射
课堂练习
1．(黑体辐射规律)(多选)如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象中可以看出，随着温度的升高，则()
A．各种波长的辐射强度都有增加
B．只有波长短的辐射强度增加
C．辐射强度的极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
2．(能量子的理解)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
3．(能量子的计算)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＝10－6m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s，结果保留一位有效数字)
课后练习
1．对黑体辐射电磁波的波长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
2．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．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的微粒说
3．关于黑体和黑体辐射，下列叙述不正确的是()
A．玻尔通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射电磁波
C．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
D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动4．红外线热像仪可以监测人的体温，当被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中的原理，下列说法正确的是()
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分多
D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分多
5．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是()
A．人的个数B．物体所受的重力C．物体的动能D．物体的长度
6．对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量都可以是连续的
7．硅光电池可以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，c为真空中的光速)()
A．h c
λ0B．Nh c
λ0C．Nhλ0D．2Nhλ0
8．两束能量相同的单色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面上的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面上的光子数之比为4∶5，则这两束光的光子能量和波长之比分别为()
A．4∶54∶5 B．5∶44∶5 C．5∶45∶4 D．4∶55∶4
9．“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长为λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？(结果保留三位有效数字)
10．经测量，人体表面辐射本领的最大值在波长为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＝2.90×10－1 m·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，结果保留两位有效数字)。