黑体辐射普朗克能量子假设ppt课件.ppt

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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1 1、黑体黑体 黑体辐射黑体辐射(1)(1)热辐射热辐射(heat radiation)任何一个物体，在任何温度下都要发射各种波长的任何一个物体，在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为射电磁波的现象称为热辐射热辐射。所辐射电磁波的。所辐射电磁波的能量按波能量按波长的分布随温度而不同长的分布随温度而不同。21.1 21.1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设 物体既

2、会向外辐射能量，也会物体既会向外辐射能量，也会吸收外界的辐射能量。吸收外界的辐射能量。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 例如：加热铁块。开始，铁块看不出发光，随例如：加热铁块。开始，铁块看不出发光，随着温度的升高，铁块开始呈现暗红色，逐步变为橙着温度的升高，铁块开始呈现暗红色，逐步变为橙色，最后展现出黄白色。色，最后展现出黄白色。固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化 对固体材料加热，随着温度上升，辐射能量上对固体材料加热，随着温度上升，辐射能量上升，辐射中波长短的成分上升。升，辐射中波长短的成分上升。

3、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能单位单位：(2)(2)单色辐射出射度单色辐射出射度(monochromatic radiance exitance)在物体温度为在物体温度为T时，时，单位时间内从物体单位表面积发出单位时间内从物体单位表面积发出的波长在的波长在 之间的辐射能为之间的辐射能为 ，则则 与与 之比称为之比称为单色辐射出射度单色辐射出射度，用，用 表示。表示。(3)(3)辐射出射度辐射出射度(辐出度辐出度)(radiance exitance)在一定温度在一定温度T下，单位时间，单位面积上所辐射出下，单位时间

4、，单位面积上所辐射出的各种波长（或各种频率）的的各种波长（或各种频率）的总辐射能总辐射能.单位单位：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能单色辐出度曲线单色辐出度曲线实验表明实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.(4)(4)黑体黑体(black body)能完全吸收照射到它上面的各种能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）（黑体是理想模型）黑体模型黑体模型为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,

5、贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 会聚透镜会聚透镜空腔空腔小孔小孔平行光管平行光管棱镜棱镜热电偶热电偶测量黑体测量黑体单色辐出度单色辐出度实验装置实验装置实验表明：实验表明：空腔小孔向外发射的电磁辐射含有各种波空腔小孔向外发射的电磁辐射含有各种波长，而且长，而且不同波长成分的电磁波的强度也不同不同波长成分的电磁波的强度也不同，随温，随温度而异度而异,而与构成黑体的材料无关。而与构成黑体的材料无关。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能由空腔辐射体的单色辐出度与波长的能谱曲线可知：由空腔辐射体的单色辐出度与

6、波长的能谱曲线可知：随着温度的升高：随着温度的升高：1）黑体的辐出度迅速增大；黑体的辐出度迅速增大；2）峰值波长逐渐向短波方向移动。峰值波长逐渐向短波方向移动。M(T)随随 连续变化，每条曲线有一峰值。连续变化，每条曲线有一峰值。0M 5000K6000K3000K4000K可见光可见光等于曲线下方面积等于曲线下方面积由由黑体的辐出度黑体的辐出度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能0 1000 20001.00.5 2 2、斯特藩斯特藩 玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 维恩位移定律维恩位移定律可可见见光光区区30003000K

7、 K60006000K K（1）斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律斯特藩斯特藩玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量（2）维恩位移定律维恩位移定律常量常量峰值波长峰值波长为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能黑体辐射的应用黑体辐射的应用 斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律和和维恩位移定律维恩位移定律，如今是，如今是高温测量、星球表面温度的估测、遥感、红外追踪等高温测量、星球表面温度的估测、遥感、红外追踪等技术的物理基础，在科学技术中有广泛的应用。如：技术的物理基础，在科学技术中有广泛的应用。如：1 1）测量黑体温度测量黑体温度测量黑

8、体温度测量黑体温度 在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看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作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。2 2 2）光学高温计光学高温计光学高温计光学高温计光测高温光测高温光测高温光测高温高温炉高温炉灯丝灯丝目镜目镜聚焦透镜聚焦透镜15为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 例例1 1（1 1）温度为室温温度为室温 的黑体，其单色辐的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？出度的峰值所对应的波长是多少？（2 2）若使一

9、黑体若使一黑体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？其温度应为多少？（3 3）以上两辐出度之比为多少？以上两辐出度之比为多少？解解（2 2）取取（1 1）由维恩位移定律由维恩位移定律（3 3）由由斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例例2：实验测得实验测得太阳的单色辐出度的峰值波长太阳的单色辐出度的峰值波长为：为：m=0.483 m，若将太阳当作黑体，若将太阳当作黑体，请估算：请估算：太阳表面的温度和太阳的辐出度。太

10、阳表面的温度和太阳的辐出度。解：解：辐出度：辐出度：由维恩位移定律：由维恩位移定律：对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测。种方法进行推测。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 如何从理论上推导出符合黑体辐射实验结果的函如何从理论上推导出符合黑体辐射实验结果的函数表达式就成为当时物理学中引入注目的问题之一。数表达式就成为当时物理学中引入注目的问题之一。维恩维恩根据根据经典热力学经典热力学经典热力学经典热力学得出一个半得出一个半经验公式经验公式维恩公式维恩公式维恩公式维恩

11、公式：瑞利和金斯瑞利和金斯用用能量均分定理和电能量均分定理和电能量均分定理和电能量均分定理和电磁理论磁理论磁理论磁理论得出得出瑞利瑞利瑞利瑞利金斯公式金斯公式金斯公式金斯公式：M 瑞利瑞利瑞利瑞利 金斯金斯金斯金斯 (1900年年)维恩维恩维恩维恩(1896年年)实验曲线实验曲线紫外灾难紫外灾难3、维恩公式维恩公式 瑞利瑞利金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4 4、普朗克假设普朗克假设 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式（1900 1900 年）年）普朗克常量普朗克常量：

12、能量子能量子 为单元来吸收为单元来吸收或发射能量。或发射能量。普朗克假设：金属空腔壁中电子的振动可视为一普朗克假设：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的而是以与振子的频率成正比的普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式 空腔壁上的带空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为电谐振子吸收或发射能量应为 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室

13、育人功能o实验值/m维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 若谐振子频率为若谐振子频率为 v，则其能量是则其能量是hv,2hv,3hv,nhv,与腔内电磁场交换能量时，与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化只能是谐振子能量的变化只能是 hv 的整的整数倍。数倍。普朗克假设的重大意义普朗克假设的重大意义 这是一个非同寻常的假设，按照这个假设这是一个非同寻常的假设，按照这个假设，谐振子谐振子意味着微观谐振子的能量是一份份跳跃式变化的！意味着微观

14、谐振子的能量是一份份跳跃式变化的！意味着最小能量单元（能量子）不可分割！意味着最小能量单元（能量子）不可分割！为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 例例3 3 设有一音叉尖端的质量为设有一音叉尖端的质量为0.050kg，将其将其频率调到频率调到 ，振幅振幅 .求求 （2）当量子数由当量子数由 增加到增加到 时，振幅的变时，振幅的变化是多少？化是多少？（1）尖端振动的量子数；尖端振动的量子数；解解（1）基元能量基元能量为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能（2）在宏观范围内，能量量子化的效应是极不明显的，在宏观范围内，能量量子化的效应是极不明显的，即宏观物体的能量完全可视作是连续的即宏观物体的能量完全可视作是连续的.