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

4.1普朗克黑体辐射理论 选择性必修第三册&第四章 原子结构和波粒二象性 授课教师：杨孝波 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？ 课堂引入 阅读教材p67页，并回答问题。 1.什么是黑体？ 2.什么是黑体辐射？ 3.黑体与一般物体的区别 阅读并回答： 一、黑体与黑体辐射—思考 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么原理？ 一、黑体与黑体辐射—热辐射 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 1、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： 一、黑体与黑体辐射—热辐射 红外成像探测铀矿 红外夜视仪 红外测温 应用 红外照相 一、黑体与黑体辐射—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 实际热辐射的复杂性 问题：在研究物体的热辐射中，应如何避免反射电磁波的影响？ 1、热辐射 一、黑体与黑体辐射—热辐射 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 （1）定义：如果某种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。 ----理想模型 2、黑体 一、黑体与黑体辐射—黑体 不透明材料制成的带小孔的空腔 （2）对黑体的理解：绝对的黑体是一个理想化的物理模型,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。（烟煤） 2、黑体 一、黑体与黑体辐射—黑体 （1）定义：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。 （2）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。 （3）注意：黑体看上去不一定是黑的，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、黑体辐射 一、黑体与黑体辐射—黑体辐射 一般物体与黑体的比较 项 目 热辐射特点 吸收、反射特点 一般物体 黑体 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波长等因素有关 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 问题：黑体辐射有何规律呢？ 一、黑体与黑体辐射—区别 阅读教材p68页，并回答问题。 1.黑体辐射的实验规律？ 阅读并回答： 二、黑体辐射的实验规律—思考 原理：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。 二、黑体辐射的实验规律—原理 二、黑体辐射的实验规律—过程 黑体辐射的实验规律 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1700K 1500K 1300K 1100K 辐射强度 (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。 思考：怎样解释黑体辐射的实验规律呢? 二、黑体辐射的实验规律—规律 + - + - + - 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 二、黑体辐射的实验规律—解释 解释实验曲线——经典物理学所遇到的困难 （1）维恩的半经验公式： 公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。 公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符, ----紫外灾难 （2）瑞利----金斯公式： 实验 T=1646k 维恩 瑞利 维恩线 瑞利-金斯线 二、黑体辐射的实验规律—两种经典解释 普朗克公式 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。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，例如，可能是ε或2ε、3ε…这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 普朗克对黑体辐射理论解释 二、黑体辐射的实验规律—普朗克解释 阅读教材p68页，并回答问题。 1.什么是能量子？ 2.能量子与能量的关系？ 3.如何理解量子化？ 阅读并回答： 三、能量子—思考 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。 2.表达式： ν —电磁波的频率 h—普朗克常量 h =6.626×10-34J·s E= nε n=1,2,… 三、能量子—定义 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。（能量量子化） 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 3.能量的量子化理解： 三、能量子—理解 这个观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同 例如一个宏观的弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E。下一次我们可以把它推得稍远一些，使它振动的能量稍多一些，例如1.2E或1.3E，也可以把它推得更远，能量更大，例如2.7E或3.3E。弹资振子的能量不一定是某个最小值的整数倍。只要在弹性限度以内，我们可以把小球推到任何位置，它的能量可以是任何值。对于弹簧振子的情况，我们说能量值是连续的;而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的。 4.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 普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。 三、能量子—意义 三、能量子—拓展 人类智商最高的Party现场 三、能量子—拓展 课堂总结 　 “测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　) A．I增大，λ增大　　　　　 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小 [解析]　若人体温度升高，则人体的热辐射强度I增大，由ε＝hν可知对应的频率变大，由c＝λν知对应的波长减小，选项B正确。 B 课堂练习 　 1.使用红外体温计测量体温时，下列说法正确的是(　　) A．当体温超过37.3 ℃时人体才辐射红外线 B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线 C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的 D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的 D 课堂练习 2．如图所示，关于黑体辐射的实验规律，下列说法正确的是(　　) A．黑体不能完全吸收照射到它上面的光波 B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强 度都有所增加 C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长 较长的方向移动 D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关 D 课堂练习 　一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10-34 J·s。R约为(　　) A．1×102 m B．3×102 m C．6×102 m D．9×102 m B 课堂练习 　3.(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　　 ) A．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收 B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D．辐射和吸收的能量是量子化的 ABD 课堂练习 AC 课堂练习 Lavf58.12.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$