4.1普朗克黑体辐射理论 课件 -2024-2025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 问题与目标 1.了解黑体及黑体辐射的概念。 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.理解能量子的概念并能进行简单的应用。 问题导入 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? 一、黑体与黑体辐射 (1)热辐射 我们周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射． 物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强． 新知探究 4 热辐射一定在高温下才能发生吗？ 热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都能发出一定的热辐射，如任何物体都在不停地向外辐射红外线，这就是一种热辐射，即使是冰块，也在向外辐射红外线，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强． 名师指点 5 黑体与黑体辐射 (2)黑体: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。 新知探究 6 黑体是指黑颜色的物体吗？ 　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。 名师指点 7 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。 名师指点 8 黑体不存在，为什么还研究黑体？ 黑体是一个理想化的物理模型．通过建立这样一个模型，会给研究带来方便． 名师指点 9 一般物体与黑体的比较 名师指点 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 10 知识点 黑体与黑体辐射 (3)黑体辐射:黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫黑体辐射。黑体自身可以辐射电磁波 看上去不一定是黑的。 1 新知探究 11 黑体与黑体辐射 (4)黑体辐射的特点:对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与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。 新知探究 12 利用分光技术和热电偶等设备，可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。 二、黑体辐射的实验规律 黑体辐射谱 ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 温度升高： ①各种波长的辐射强度都增加 思考：怎样解释黑体辐射的实验规律呢? + - + - + - 1. 黑体辐射的理论解释 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。 2. 维恩、瑞利——金斯的解释 ①维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。 ②瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。 3. 普朗克的解释 普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。 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。 1.1900年底普朗克假说：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。例如，可能 是ε或2ε、3ε……他把这个不可再分的 最小能量值ε叫作能量子，它的表达 式为：ε＝hν。 ν：带电微粒吸收或辐射电磁波的频率 H：普朗克常量，h＝6.62607015×10-34 J·s，一般取h＝6.63×10-34 J·s 借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。 三.能量子 2.宏观物体能量与微观粒子能量区别： 宏观物体的能量是连续的，微观粒子的能量是量子化的。 这是微观与宏观世界物理规律最重要的差别之一。因此，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 1、对黑体的认识，下列说法正确的是（ ） A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种 类及其表面状况有关 D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 随堂练习 D 2、下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ ） A 3、(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（ ） A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B.能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子” C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量 D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 ABC 1. 黑体：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。 2. 黑体辐射：黑体向外辐射的电磁波（热辐射），只与温度有关。 3. ε叫能量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射 或吸收能量。 ε=hν h：普朗克常量，h=6.626×10-34J/s ν：电磁波的频率 课堂小结 $$