2021-2022学年高二物理竞赛课件：黑体辐射的基本规律.pptx

黑体辐射的基本规黑体辐射的基本规律律 12在不同温度下，绝对黑体的单色辐出度在不同温度下，绝对黑体的单色辐出度M 0(T)按波长分布的实验曲线（动画）。按波长分布的实验曲线（动画）。3斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律：黑体的辐射出射度与黑体温：黑体的辐射出射度与黑体温度的四次方成正比，即度的四次方成正比，即 其中其中 =5.67051 10-8 W m-2 K-4 称为斯特藩常量。称为斯特藩常量。维恩位移定律维恩位移定律：随着黑体温度的升高，其单色辐：随着黑体温度的升高，其单色辐出度最大值所对应的波长出度最大值所对应的波长 m 按照按照T-1 的规律向短的规律向短波方向移动，即波方向移动，即 其中常量其中常量b=2.897756 10-3 m K。由实验结果与理论分析得到两个规律：由实验结果与理论分析得到两个规律：4两个定律的应用：两个定律的应用：1.斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律的应用玻耳兹曼定律的应用制成辐射高温计制成辐射高温计2.维恩位移定律的应用维恩位移定律的应用天文学家根据它计算恒星的温度。天文学家根据它计算恒星的温度。5维恩假定谐振子的能量按频率的分布类似于麦克斯维恩假定谐振子的能量按频率的分布类似于麦克斯韦速率分布，由经典统计物理学方法导出维恩公式韦速率分布，由经典统计物理学方法导出维恩公式 1.维恩公式维恩公式当时的重大问题：寻找当时的重大问题：寻找C1和和c2是两个由实验确定的参量。是两个由实验确定的参量。6维恩公式只是在短波波段与实验曲维恩公式只是在短波波段与实验曲线相符（看下图）线相符（看下图）。72.瑞利瑞利-金斯公式金斯公式（瑞利（瑞利-金斯公式）金斯公式）瑞利瑞利-金斯公式在长波波段与实验相符金斯公式在长波波段与实验相符。物理学史上曾称为物理学史上曾称为“紫外灾难紫外灾难”。由瑞利和金斯根据经典电动力学和经典由瑞利和金斯根据经典电动力学和经典统计物理学理论得出。统计物理学理论得出。式中式中C为真空光速，为真空光速，k为玻尔兹曼常量。为玻尔兹曼常量。8Rayleigh-Jeans vs Planck 9（动画）（动画）10普朗克能量子假定普朗克能量子假定 物体若发射或吸收频率为物体若发射或吸收频率为 的电磁辐射，只的电磁辐射，只能以能以 =h 为单位进行，这个最小能量单位就为单位进行，这个最小能量单位就是能量子，物体所发射或吸收的电磁辐射能是能量子，物体所发射或吸收的电磁辐射能量总是这个能量子的整数倍，即量总是这个能量子的整数倍，即 E=n =n h ，n=1,2,3,111900年，普朗克综合了维恩公式和瑞利年，普朗克综合了维恩公式和瑞利-金斯公式，由自己的能量子假定得金斯公式，由自己的能量子假定得普朗克辐射公式普朗克辐射公式 式中式中h称为普朗克常量，其值为称为普朗克常量，其值为h=6.6260755 10-34 J s。普朗克的能量子思想使物理学发生了划时代普朗克的能量子思想使物理学发生了划时代的变化。的变化。12普朗克（普朗克（18581947）德国理论物理学家，量子论的德国理论物理学家，量子论的奠基人奠基人.1900年他在德国物理学年他在德国物理学会上，宣读了以会上，宣读了以关于正常光谱关于正常光谱中能量分布定律的理论中能量分布定律的理论为题的为题的 论文论文.劳厄称这一劳厄称这一 天是天是“量子论量子论的的 诞生日诞生日”.量子论量子论 和相对论构成了近代物理学的研究和相对论构成了近代物理学的研究 基础基础.13 例例1：对太阳辐射的观测发现，在波长对太阳辐射的观测发现，在波长471.0 nm附附近单色辐出度为最大，试估计太阳表面的温度。近单色辐出度为最大，试估计太阳表面的温度。解解:根据维恩位移律，得根据维恩位移律，得 例例2：试由普朗克公式导出斯特藩试由普朗克公式导出斯特藩-玻耳兹曼定律，玻耳兹曼定律，并求出斯特藩常量。并求出斯特藩常量。解解:设两个量设两个量和和由由式求得式求得所以普朗克公式变为所以普朗克公式变为14根据根据 黑体的辐出度为黑体的辐出度为查表可以得查表可以得将式将式(5)代入式代入式(4)，得，得 显然，这就是斯特藩显然，这就是斯特藩-玻耳兹曼定律，其中玻耳兹曼定律，其中 为为