能量量子化熱輻射⑴定義任何物體在任何溫度下都會輻射電磁波的現(xiàn)象。（熱傳遞的三種方式之一）⑵原因物體分子無規(guī)則運動，輻射電磁波。⑶特點物體溫度高，輻射能量本領強，電磁波的短波成份多，長波成份少。（各種波長都有）（這種輻射是由物體的原子、分子受激發(fā)產生的，與溫度有關，故稱為熱輻射）投在爐中的鐵塊800K1000K1200K1400K不發(fā)光→暗紅→赤紅→橘紅→黃白色例如，鐵塊隨著溫度升高：

注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射實際熱輻射的復雜性TT外來各種波長的輻射能反射某些波長的輻射能（隨物而異）吸收某些波長的輻射能（隨物而異）（故也隨物而異）發(fā)射各種波長的熱輻射能對熱輻射規(guī)律的研究顯得較復雜不透明體度于某一溫處熱平衡狀態(tài)：物體的溫度恒定時，物體所吸收的能量等于在同一時間內輻射的能量，這時得到的輻射稱為平衡熱輻射。熱輻射的應用紅外測溫儀利用紅外成像探測鈾礦紅外夜視儀

黑體——理想模型TT外來各種波長的輻射能無任何反射能全部吸收各種波長的輻射能發(fā)射各種波長的熱輻射能不透明體度于某一溫處假設有這樣一種物體這種假設的物體稱為黑體不透明體如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長（不僅是可見光）的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。（1）黑體輻射的特征：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。(一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，)不透明材料制成的帶小孔的空腔（2）對黑體的理解：絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。黑體的實驗模型對空腔加熱至某熱平衡溫度對空腔加熱至某熱平衡溫度TT通過小孔進入腔內的輻射能反射回小孔出射的機會極小，幾乎全部被腔壁吸收。不透明材料空腔開一小孔

小孔表面好比黑體（吸收全部入射的輻射能而無反射）從小孔表面出射的就是處于某一熱平衡溫度T的實驗黑體的輻射能，進而探索其能譜分布規(guī)律。黑體輻射測量系統(tǒng)示意圖黑體（小孔表面）T集光透鏡平行光管分光元件會聚透鏡及探頭

分光元件（如棱鏡或光柵等）將不同波長的輻射按一定的角度關系分開，轉動探測系統(tǒng)測量不同波長輻射的強度分布。再推算出黑體單色輻出度按波長的分布。熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，與材料的種類及表面狀況有關既吸收，又反射，其能力與材料的種類及入射光波長等因素有關黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關完全吸收各種入射電磁波，不反射(1)熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強。(2)黑體是一個理想化的物理模型，實際不存在。(3)黑體看上去不是一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被看作黑體來處理。為什么要研究黑體輻射一般材料的物體的輻射：除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關。黑體輻射規(guī)律只與黑體的溫度有關。所以，研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。測量黑體輻射的實驗原理：加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。黑體輻射實驗規(guī)律輻射強度:單位時間內從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。黑體輻射的實驗規(guī)律：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，如圖所示。(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)溫度升高，各種波長的輻射強度都增加；(3)溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。有經驗的煉鋼工人，通過觀察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的大體溫度，這是根據(jù)黑體輻射與溫度有關黑體輻射兩種經典解釋⑴短波符合；長波不符合。⑵長波符合；短波荒唐----紫外災難。德國物理學家維恩根據(jù)經典熱力學，在1896年提出了一個輻射強度隨波長及溫度變化的半經驗公式，維恩公式，得出曲線。根據(jù)經典熱力學與電磁學，物理學家瑞利在1900年也提出了一個理論公式，后經金斯改進，合稱瑞利-金斯公式，得出曲線。維恩線瑞利-金斯線在紫外線一端，當波長趨于0時，輻射本領將趨于無窮大．這種情況被人們稱為“紫外災難”。普朗克對黑體輻射解釋普朗克公式

普朗克找到了一個數(shù)學公式，它與實驗吻合得非常完美。維恩公式和瑞利——金斯公式，其實就是普朗克公式的特殊情況。普朗克嘗試從電磁學、力學、統(tǒng)計物理學等物理學的基本理論出發(fā)，把這個公式推導出來。

普朗克最終在1900年底發(fā)現(xiàn)，如果想推導出這個公式，就必須假定：組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。能量子

普朗克認為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子。能量子（普朗克能量子假說）——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。經典量子連續(xù)分立宏觀世界能量連續(xù)

宏觀世界能量的連續(xù)性與微觀粒子的能量的量子化，這是宏觀世界與微觀物理規(guī)律最重要的差別之一。彈簧振子振動能量可以連續(xù)變化（振幅可以取任意值），即振動能量的連續(xù)性。阻尼振動的振動能量的連續(xù)變化普朗克1900年的假設第一次為人們揭開了微觀世界物理規(guī)律面紗的一角。從此，物理學進入了一個新的紀元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學獎。能量子大小物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過內部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是hν的整數(shù)倍(1)輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍

E=nεn=1,2,…ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化(2)諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。

對于頻率為

的諧振子，最小能量為：ε=h

稱為一個能量子，①其中

是電磁波的頻率，光在真空中波長λ=c

/ν②h稱為普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。能量量子經典量子化假設的意義

普朗克的能量子假設，使人類對微觀世界的本質有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學的發(fā)展產生了革命性的影響。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式這種假說不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。

比喻：電磁波就好象是機關槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。基于能量子假說，1900年德國物理學家普朗克利用內插法將適用于短波的維恩公式和適用于長波的瑞利-金斯公式銜接起來，提出了一個新的公式：普朗克提出的公式與實驗符合之好令人擊掌叫絕，把能量子引進物理學，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學思想的基石之一。

普朗克

量子說康普頓康普頓效應19221900190519061912愛因斯坦光子說愛因斯坦量子理論引入固體比熱問題玻爾量子理論引入原子結構典型例題【例題1】(多選)關于對黑體的認識，下列說法正確的是（）A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D.如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體解析：黑體自身輻射電磁波，看起來還會很明亮（如太陽），所以黑體不一定是黑的，A項錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關，B錯誤，C正確；電磁波最終不能從空腔射出，因此這個帶小孔的空腔就近似為一個黑體（嚴格意義上應該是小孔），D正確。CD典型例題【例題2】下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關