2.1 撥開黑體輻射的疑云 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1.以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的說法中正確的是(　　) A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波 B.當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說明它的溫度不太高 C.當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng) D.早、晚時(shí)分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說明中午時(shí)分太陽溫度最高 E.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) 【解析】　由輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長(zhǎng)的電磁波，選項(xiàng)B、C、E正確. 【答案】　BCE 2.在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度.如圖214所示，就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是(　　) 圖214 A.T1>T2 B.T1<T2 C.隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低 D.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng) E.與λ1對(duì)應(yīng)的能量子的值大于與λ2對(duì)應(yīng)的能量子的值 【解析】　一般材料的物體輻射能的多少?zèng)Q定于物體的溫度(T)、輻射波的波長(zhǎng)、時(shí)間的長(zhǎng)短和發(fā)射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長(zhǎng)的輻射的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān).實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng).從圖中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本題正確選項(xiàng)為A、D、E. 【答案】　ADE 3.關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說法正確的有(　　) A.隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) C.黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)無關(guān) D.黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)規(guī)律 E.物體在任何溫度下都會(huì)輻射電磁波 【答案】　ABE 4.2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國科學(xué)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(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn).下列與宇宙微波背景輻射的黑體譜相關(guān)的說法中正確的是(　　) A.微波是指波長(zhǎng)在10－3 m到1 m之間的電磁波 B.微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播 C.黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射 D.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說 E.能量的量子化只是假說，無實(shí)際意義 【解析】　微波是一種電磁波，由電磁波可知，微波的波長(zhǎng)在10－3～1 m，A正確；電磁波的傳播不需要介質(zhì)，B錯(cuò)；由于分子和原子的熱運(yùn)動(dòng)引起的一切物體不斷向外輻射的電磁波又叫熱輻射，C正確，普朗克在研究黑體輻射問題中提出了能量子假說，D正確；普朗克的能量子假設(shè)，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，E錯(cuò)誤. 【答案】　ACD 5.在黑體輻射中實(shí)驗(yàn)測(cè)出了輻射的電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況.隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有________，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)________的方向移動(dòng). 【解析】　由實(shí)驗(yàn)得到的黑體輻射本領(lǐng)跟波長(zhǎng)的關(guān)系可知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)電磁波的輻射本領(lǐng)有所增大，且輻射本領(lǐng)的最大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). 【答案】　增大　較短 6.微觀世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值叫________，它的值為________. 【解析】　由普朗克的設(shè)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　hν 7.如圖215所示為t1、t2溫度時(shí)的黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，則兩溫度的關(guān)系為________. 圖215 【解析】　根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). 【答案】　t1＞t2 8.醫(yī)生用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過，便可知他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？ 【解析】　根據(jù)熱輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，人的體溫升高，人體輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度就會(huì)增加，通過監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，就可以知道該人的體溫了. 【答案】　見解析 [能力提升] 9.人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺.普朗克常量為6.6310－34 Js，光速為3.0108 m/s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是多少？ 【解析】　因每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔眼睛就能察覺，所以察覺到綠光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝6 W＝2.310－18 W. 【答案】　2.310－18 W 10.某廣播電臺(tái)發(fā)射功率為10 kW，在空氣中波長(zhǎng)為187.5 m的電磁波，試求： 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：67080016】 (1)該電臺(tái)每秒鐘從天線發(fā)射多少個(gè)光子？ (2)若發(fā)射的能量子四面八方視為均勻的，求在離天線2.5 km處，直徑為2 m的環(huán)狀天線每秒接收的光子個(gè)數(shù)以及接收功率？ 【解析】　(1)每個(gè)光子的能量ε＝hν＝hc/λ＝6.6310－343108/187.5 J＝1.0610－27 J. 則每秒鐘電臺(tái)發(fā)射上述波長(zhǎng)光子的數(shù)目為 N＝＝＝1031(個(gè)). (2)設(shè)環(huán)狀天線每秒接收光子數(shù)為n個(gè)，以電臺(tái)發(fā)射天線為球心，則半徑為R的球面積S＝4πR2，而環(huán)狀天線的面積S′＝πr2，所以n＝N＝41023個(gè)；接收功率P收＝P總＝410－4 W. 【答案】　(1)1031個(gè)　(2)41023個(gè)　410－4 W 11.經(jīng)測(cè)量，人體表面輻射本領(lǐng)的最大值落在波長(zhǎng)為940 μm處.根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與物體的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為Tλm＝2.9010－1 mK，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h＝6.6310－34 Js) 【解析】　人體表面的溫度為T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.人體輻射的能量子的值為ε＝h＝6.6310－34 J＝2.1210－22 J. 【答案】　36 ℃　2.1210－22 J