4.1 普朗克黑体辐射理论-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

授课老师：*** Planck theory of blackbody radiation 授课老师：*** blackbody radiation 学习目标 学习目标 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射 2.了解黑体辐射的实验规律，知道黑体辐射的强度与波长的关系 3.了解普朗克提出的量子假说 4.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点. 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射 2.了解黑体辐射的实验规律，知道黑体辐射的强度与波长的关系 3.了解普朗克提出的量子假说 4.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点 核心素养要求 核心素养呈现 物理观念 黑体 黑体辐射 能量子 黑体辐射的实验规律 科学思维 量子理论 科学探究 通过量子理论认识微观世界 科学 态度 与责任 普朗克黑体辐射理论 3 煤油灯 白炽灯 太 阳 课程导入 以上都是通过向外辐射可见光使人们看到它们 煤油灯光很昏暗，白炽灯光较亮，太阳光非常刺眼。为什么呢? 说明物体能向外发光温度越高的物体发出的光也越强 4 课程导入 从远处看，窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么?为什么? 发现室内墙是黑的，因为没有光反射出来或反射出来的光比较弱 带小孔的空腔 5 情景引入 量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？ 6 热辐射 菜是怎么烧热的？ 烧菜时，铁锅利用铁的热传导，将菜烧熟。 热辐射现象：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故称为热辐射。 7 热辐射 加热铁块过程中，铁块一开始的颜色是怎样的？最后的颜色是？ 800K 暗红 橙色 1000K 白色 黄色 1200K 1400K 随着温度升高，发光的颜色不同 热辐射特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 8 热辐射 热辐射的两条定性规律 2.温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化 1.辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波，不同波长，辐射强度不同 在室温下，辐射的主要成分是波长较长的电磁波 在高温情况下，辐射的主要成分是波长较短的电磁波 9 热辐射 在研究物体的热辐射时，应如何避免反射电磁波的影响? 除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波 常温下的物体颜色，其实是物体反射了该频率的电磁波，吸收了其他频率的电磁波。 一些看起来很黑的物体，其实是它吸收所有电磁波，反射的电磁波很弱。 10 一、黑体与黑体辐射 1.黑体:黑体:如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。 在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔就可以看成一个绝对黑体。 注意：黑体是个理想化的模型。 德国物理学家基尔霍夫首先提出了绝对黑体的模型。 11 一、黑体与黑体辐射 现实生活中什么物体可以看作是一个黑体呢? 太阳，白炽灯灯丝近似当做黑体 12 一、黑体与黑体辐射 2.黑体辐射：黑体向外辐射的电磁波(热辐射)。 与温度、材料、表面状况有关 一般辐射 只与温度有关 黑体辐射 差别大 为什么？ 而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。 13 二、黑体辐射的实验规律 暗红 橙色 白色 黄色 温度升高，短波成分增多 这些规律与日常经验是一致的。如:加热铁块过程，随着温度的升高，发光的颜色不同。 发现：随温度的升高 ⑴ 各种波长的辐射强度都在增加； ⑵ 辐射强度的最大值向短波方向移动。 辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。 1、黑体辐射实验规律 14 二、黑体辐射的实验规律 2、黑体辐射两种经典解释 维恩线 瑞利-金斯线 德国物理学家维恩根据经典热力学，在1896年提出了一个辐射强度随波长及温度变化的半经验公式，维恩公式，得出曲线。 ⑴ 短波符合；长波不符合。 根据经典热力学与电磁学，物理学家瑞利在1900年也提出了一个理论公式，后经金斯改进，合称瑞利-金斯公式，得出曲线。 ⑵ 长波符合；短波荒唐----紫外灾难。 在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大。这种情况被人们称为“紫外灾难”。 15 二、黑体辐射的实验规律 3、普朗克对黑体辐射理论解释 普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。 普朗克公式 维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。 普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个