2022-2023学年高二物理竞赛课件：热辐射 普朗克能量子假设

热辐射 普朗克能量子假设 热辐射 普朗克能量子假设 主要内容： 1. 热辐射现象 2. 黑体辐射的规律 3. 普朗克公式和能量量子化假设 理学院 物理系 陈强 图为第一届索尔威国际物理会议.在这次会议上，普朗克作了量子假说用于辐射理论的报告，他身后的黑板上写的就是普朗克公式. （图中左起坐者：能斯脱、布里渊、索尔威、洛伦兹、瓦伯、佩兰、维恩、居里夫人、彭加勒；站立者：哥茨米特、普朗克、鲁本斯、索末菲、林德曼、莫里斯德布罗意、克努曾、海申诺尔、霍斯特勒、赫森、金斯、卢瑟福、卡末林-昂内斯、爱因斯坦、朗之万） 理学院 物理系 陈强 热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射。 热辐射现象 人头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异通过热像仪转换成可见光图像. （人头部热辐射像） 理学院 物理系 陈强 单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内 发射的波长在 ~  +d 内的辐射能 dM 与波长间隔 d 的比值  辐出度：物体 (温度 T) 单位表面在单位时间内发射的辐射能，为 温度越高，辐出度越大.另外，辐出度还与材料性质有关. 说明 理学院 物理系 陈强 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波.物体辐射本领越大，其吸收本领也越大. 平衡热辐射: 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射. 室温 高温 （白底黑花瓷片） 不辐射可见光时，黑花吸收大，反射少所以暗 辐射可见光时，黑花吸收大，辐射大所以变亮 理学院 物理系 陈强  通有电流的灯丝 通有电流的电炉丝 热辐射频谱分布曲线 不同温度的铆钉 (4) 物体的辐射本领与温度、材料有关；辐射本领越大，吸收本领也越大. 总结：(热辐射的特点) (1) 连续； (2) 频谱分布随温度变化； (3) 温度越高,辐射越强； 理学院 物理系 陈强 黑体辐射的规律 能全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体. 黑体辐射的特点: 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 煤烟 约99% 黑体模型 黑体热辐射 温度 材料性质 绝对黑体(黑体)： 理学院 物理系 陈强 黑体辐射的规律: 1. 斯特藩—玻耳兹曼定律 式中 辐出度与 T 4 成正比. 2. 维恩位移定律 峰值波长  m 与温度 T 成反比 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 MB (10-7 × W / m2 · m)  ( m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K 应用: 测温 ... 理学院 物理系 陈强 太阳表面温度  Mλ 辐出度 测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为 m = 0.47 m.试估算太阳的表面温度和辐出度. 例 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 不是太阳的实际温度；M B (T) 高于实际辐出度. 说明 解 0 理学院 物理系 陈强 一个日地模型：真空中的两个黑体球.测得太阳辐射谱中的峰值波长为 m = 0.49 m. 地球上大气和海洋有效的传热把地球调节成为一个表面温度均匀的球.已知地球和太阳的半径分别是Re=6106 m ， Rs=7108 m ，日—地距离为 d=1.51011 m . 设太阳的平均温度为Ts ，由维恩位移定律有 地球接受太阳的辐射大致为 地球自身的辐射为 不计地球内热源，能量平衡要求 解 例 地球的温度. 求 理学院 物理系 陈强 电磁波 普朗克能量子假设 若谐振子频率为 v ，则其能量是 　hv , 2hv, 3hv , …, nhv , … 　 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念. 普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s 腔壁上的原子 (谐振子) 能 量 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是 hv (能量子) 的整数倍. 意义 打开了人们认识微观世界的大门,在物理学发展史上起了划时代的作用. 理学院 物理系 陈强 $