4.1普朗克黑体辐射理论 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第四章 原子结构和波粒二象性 第1节 普朗克黑体辐射理论 一、热辐射 1. 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 铁块随着温度升高： 2. 原因：物体分子无规则运动，辐射电磁波。 3. 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 二、黑体与黑体辐射 1、黑体：如果一个物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 2、黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。 黑体是 理想化模型 3、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黑体。 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。 4、黑体辐射的特点：一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。 5、一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收、反射特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关 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 完全吸收各种入射电磁波，不反射 为什么要研究黑体辐射？ 黑体没有反射的电磁波。 黑体辐射规律只与黑体的温度有关。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 三、黑体辐射的实验规律 1、黑体辐射的实验规律： (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。 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 2、黑体辐射两种经典解释 3、普朗克的发现 1900年10月，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，把这个公式推导出来。普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。 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。 四、能量子 1. 定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε 的整数倍，他把这个不可再分的最小能量值ε 叫作能量子。 3、能量的量子化：在微观世界里能量不是连续的，而是一份一份的， 即是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。 2、 表达式： （普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现 量子：不可分割的基本个体 分立：不连续的 比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。黑体中振动的微粒只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量。 E= nε n=1,2,… 宏观世界中： 能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。 微观世界中： 微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子） 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 经典 量子 连续 分立 4、对能量子的理解 5、普朗克量子化理论的意义 (1) 破除“能量连续变化”的传统思想，是物理新思想的基石之一. (2) 开创物理学新纪元，为量子力学的诞生奠定了基础. (3) 标志着人类对自然规律的认识从宏观进入微观领域. 1．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　 B　 ） A．T1>T2 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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑 体辐射的实验规律 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 不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体。 2．关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是（ 　AD