4.1 普朗克黑体辐射理论（教学课件）-【上好课】高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第1节 普朗克黑体辐射理论 第四章 人教版 选择性必修第三册 热辐射 01 黑体与黑体辐射 02 黑体辐射的实验规律 03 能量子 04 CONTENTS 目录 新课导入 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？ 为什么测温枪不直接接触人体，就可测量人体体温？ 想一想 热 辐 射 PART 01 ⑴定义： 任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。(热传递的三种方式之一) （这种辐射是由物体的原子、分子受激发产生的，与温度有关，故称为热辐射） 投在炉中的铁块 800K 1000K 1200K 1400K 不发光→ 暗红→ 赤红→ 橘红→ 黄白色 例如，铁块随着温度升高： 1、热辐射 ⑵原因: 物体分子无规则运动，辐射电磁波。 ⑶特点: 物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有） 注意： 激光、日光灯发光不是热辐射 1、热辐射 T T 外来各种波长的辐射能 反射某些波长的辐射能 （随物而异） 吸收某些波长的辐射能 （随物而异） （故也随物而异） 发射各种波长的热辐射能 对热辐射规律的研究显得较复杂 不透明体 度 于 某 一 温 处 热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。 2、实际热辐射的复杂性 红外成像探测铀矿 红外夜视仪 红外测温 热辐射的应用 红外照相 黑体与黑体辐射 PART 02 T T 外来各种波长的辐射能 无任何反射 能全部吸收各种波长的辐射能 发射各种波长的热辐射能 不透明体 度 于 某 一 温 处 假设有这样一种物体 这种假设的物体称为黑体 不透明体 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 ----理想模型 1、黑体 （1）黑体辐射的特征：研究表明,对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 不透明材料制成的带小孔的空腔 （2）对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 2、黑体辐射 (1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 (2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。 (3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。 3、特别提醒： 【例题】(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ ） A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体 CD 小试牛刀 黑体辐射的实验规律 PART 03 实验器材 黑体（小孔表面） T 集光透镜 平行光管 分光元件 会聚透镜及探头 分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体单色辐出度按波长的分布。 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。 测量黑体辐射的实验原理： 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。 黑体辐射的实验规律： 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 (2)温度升高，各种波长的辐射强度都增加； (3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 1、黑体辐射实验规律 那接下来让我们来看看黑体辐射定量的规律吧 20 + - + - + - 带电微粒→震动→变化的电磁场 物体中存在带电微粒 直接找规律有点儿困难，科学家打算结合理论来寻找这个公式。 黑体辐射的理论解释 ⑴短波符合；长波不符合。 ⑵长波符合；短波荒唐----紫外灾难。 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