4.1普朗克黑體輻射理論教師：日期：

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日19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：機(jī)械運(yùn)動方面：在分子物理方面：成功囊括了天上地下的物體運(yùn)動規(guī)律電磁學(xué)方面：成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律:能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。

以至于當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。建立了解釋一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程組新課導(dǎo)入1900年,在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上,著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:

“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。----開爾文也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面再加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”一朵與黑體輻射有關(guān)，一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。

然而,事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑色。新課導(dǎo)入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)（這種輻射是由物體的原子、分子受激發(fā)產(chǎn)生的，與溫度有關(guān)，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：

一、熱輻射⑵原因:物體分子無規(guī)則運(yùn)動，輻射電磁波。⑶特點(diǎn):物體溫度高，輻射能量本領(lǐng)強(qiáng)，電磁波的短波成份多，長波成份少。（各種波長都有）注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射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(fù)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(nèi)輻射的能量，這時得到的輻射稱為平衡熱輻射。實(shí)際熱輻射的復(fù)雜性一、熱輻射1.黑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。[對黑體的理解]：絕對的黑體是一個理想化的物理模型,實(shí)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(nèi)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。不透明材料制成的帶小孔的空腔二、黑體與黑體輻射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(shè)有這樣一種物體這種假設(shè)的物體稱為黑體不透明體黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射（黑體輻射）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(qiáng)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。2.黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。[黑體輻射的特征]：研究表明,對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。二、黑體與黑體輻射黑體輻射實(shí)驗(yàn)研究：加熱黑體爐使其溫度升高，黑體爐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。1.輻射強(qiáng)度按波長分布與溫度的關(guān)系:2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律特點(diǎn)：隨溫度的升高

①溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值。（輻射強(qiáng)度:單位時間內(nèi)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(qiáng)度）

②各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加；

③輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動。三、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律+-+-+-帶電微粒→震動→變化的電磁場物體中存在帶電微粒黑體輻射的理論解釋黑體輻射兩種經(jīng)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(zāi)難。德國物理學(xué)家維恩根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)，在1896年提出了一個輻射強(qiáng)度隨波長及溫度變化的半經(jīng)驗(yàn)公式——維恩公式。根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)與電磁學(xué)，物理學(xué)家瑞利在1900年也提出了一個理論公式，后經(jīng)金斯改進(jìn)，合稱瑞利-金斯公式。維恩線瑞利-金斯線

在紫外線一端，當(dāng)波長趨于0時，輻射本領(lǐng)將趨于無窮大．這種情況被人們稱為“紫外災(zāi)難”。普朗克的解釋：維恩公式和瑞利——金斯公式，其實(shí)就是普朗克公式的特殊情況。普朗克嘗試從電磁學(xué)、力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理學(xué)的基本理論出發(fā)，把這個公式推導(dǎo)出來,它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。普朗克的擬合結(jié)果普朗克最終在1900年底發(fā)現(xiàn)，如果想推導(dǎo)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。黑體輻射的理論解釋1、關(guān)于對黑體的認(rèn)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(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)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(nèi)表面經(jīng)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CD你能行！！2、下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是（）A你能行！！1.普朗克的量子化假設(shè)-能量子普朗克認(rèn)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(dāng)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，例如，可能是ε或2ε、3ε…這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子。四、能量子——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。連續(xù)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(yùn)動的軌道半徑。經(jīng)典量子分立2.能量子大小表達(dá)式（牢記）：E=nεn=1,2,…能量量子經(jīng)典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，ν是帶電微粒的振動頻率，也是電磁波的頻率，h：普朗克常量h＝6.62607015×10-34J·s(1)輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，它們的能量是能量子的整數(shù)倍

(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。比喻：電磁波就好象是機(jī)關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運(yùn)動的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。普朗克四、能量子普朗克量子化理論的意義①破除“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)思想，是物理新思想的基石之一②開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)③標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域

普朗克1900年的假設(shè)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(xué)進(jìn)入了一個新的紀(jì)元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎。3、以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量 B.物體的質(zhì)量C.物體的動量 D.學(xué)生的個數(shù)解析：“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選AD。AD你能行！！你能行！！4、正誤判斷(1)黑體一定是黑色的物體。()(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。()(3)溫度越高,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。()(4)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。()(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上勻速運(yùn)動的小球的動能也是量子化的。()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×(1)只有高溫的物體才會熱輻射。 (

)(2)熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨溫度的變化而有所不同。 (

)(3)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (

)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。 (

)×

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(5)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。 (

)(6)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。 (

)(7)入射光照射到金屬表面上時，光電子幾乎是瞬時發(fā)射的。 (

)(8)光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。 (

)(9)光子發(fā)生散射后，其波長變大。 (

)×

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×

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5、判一判你能行！！6、一盞電燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長為λ＝6.0×10－7m，普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子(能量子)數(shù)約為（