备考2024届高考物理一轮复习讲义第十六章近代物理第1讲原子结构和波粒二象性考点1黑体辐射及实验规律

第1讲　原子结构和波粒二象性课标要求核心考点五年考情核心素养对接1.了解人类探索原子及其结构的历史.知道原子的核式结构模型.通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构.2.通过实验，了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.能根据实验结论说明光的波粒二象性.3.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.黑体辐射及实验规律2023：北京T14，江苏T14，海南T10，浙江6月T15，浙江1月T11；2020：江苏T12（1）1.物理观念：通过对光电效应、波粒二象性、原子的核式结构和能级结构的学习，促进物质观念的形成.2.科学思维：运用爱因斯坦光电效应方程等规律求解问题.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用.3.科学探究：通过了解光电效应等实验，认识光及实物粒子的波粒二象性，进一步认识光的本性.4.科学态度与责任：了解人类认识微观世界的方法和途径，培养学习兴趣，发展思维能力.光电效应2023：浙江1月T15；2022：河北T4；2021：海南T3，辽宁T2，江苏T8；2019：北京T19，天津T5光的波粒二象性与物质波2022：湖南T1，浙江1月T16；2021：浙江6月T13；2020：浙江7月T5原子结构　氢原子光谱2023：上海T1；2021：上海T2；2019：上海T2玻尔理论、能级跃迁2023：新课标T16，湖北T1，辽宁T6；2022：广东T5，浙江6月T7，2020：北京T2，江苏T12（2），浙江1月T14； 2019：全国ⅠT14命题分析预测高考考查重点有原子的核式结构模型、光电效应、能级跃迁、光子的发射与吸收.单独考查时多为选择题形式，光电效应也可能综合其他知识以计算题形式出现.预计2025年高考中爱因斯坦光电效应方程仍是命题的热点之一.考点1　黑体辐射及实验规律热辐射（1）定义：周围的一切物体都在辐射[1]电磁波　，这种辐射与物体的[2]　温度　有关，所以叫热辐射.（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体[3]　温度　的不同而有所不同.黑体、黑体辐射的实验规律（1）黑体：能够[4]　完全吸收　入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体.（2）黑体辐射的实验规律：①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与[5]　温度　有关，还与材料的[6]　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[7]　温度　有关.随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有[8]　增加　，另一方面，辐射强度的极大值向波长较[9]　短　的方向移动，如图. 能量子（1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某一最小能量值ε的[10]整数倍　，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子.（2）能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量.h＝6.626×10－34J·s（一般取h＝6.63×10－34J·s）.　发光功率P等于单位时间内发出的光子数n与单个光子能量的乘积.判断下列关于黑体的说法的正误.（1）黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的.（　✕　）（2）黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关，还与黑体材料的种类及表面状况有关.（　✕　）（3）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，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个黑体.（　√　）人体也向外不断地发生热辐射，为什么在黑暗中还是看不见人呢？答案　人体的热辐射辐射出的电磁波是红外线，红外线不是可见光，肉眼无法看到，只能用相应仪器检测到.研透高考明确方向1.[黑体辐射规律/2023湖北武汉模拟]人们认识量子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，下图画出了T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系，下列说法正确的是（　B　）A.T1＜T2B.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C.随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D.爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律 解析　对于黑体辐射，温度越高，辐射强度越强，且极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1＞T2，故A错误；根据黑体辐射实验的规律可知，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正确；随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，但辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，故C错误；普朗克提出了能量子假说，并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，故D错误.2.[能量子问题的求解]激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用.在一次手术中，所用激光的波长λ＝6.6×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J，已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，光速c＝3×108m/s，则每个脉冲中光子数目是（　C　）A.3×1016B.3×1012C.5×1016D.5×1012解析　每个光子的能量为E0＝hν＝hcλ，每个激光脉冲的能量为E，则每个脉冲中的光子数目n＝EE0＝5×1016，故C正确.方法点拨能量子问题的求解方法在应用能量子分析求解问题时，必须明确能量子的能量为ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量.把电磁波的频率与波长、波速的关系式（ν＝cλ＝vλ介）跟能量子公式综合起来解决问题.注意，光在不同的介质中的传播速度不同，当已知光在真空中的波长λ时，要用c＝λν求其频率，其中c是光在真空中的传播速度；当已知光在某介质中的波长λ介时，要用v＝λ介ν求其频率，其中v是光在介质中的传播速度.因为c＞v，故λ＞λ介，而频率ν是不变的.常见的问题求解有：（1）应用ε＝hν＝hcλ计算不同波长的光的能量子的能量.（2）应用λ＝hcε计算光的波长.（3）应用E＝nε＝nhν＝nhcλ计算光子数.