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 布里渊 波尔 理查德森 富勒 海森堡 鲍利 波恩 德布罗意 维夏菲尔特 康普顿 薛定谔 威尔逊 古耶 朗之万 爱因斯坦 洛伦兹 居里夫人 普朗克 朗梅尔 顿德尔 赫尔岑 埃伦费斯特 亨利奥特 狄拉克 克莱默斯 布拉格 库德森 德拜 皮卡德 1927年索尔维物理学会议,参会物理学家合影 学习目标： 1.热辐射 2.黑体与黑体辐射 3.黑体辐射的实验规律 4.能量子 3 热成像： 是一种通过探测物体发出的红外辐射，并将其转化为可见图像的技术。 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，所以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。 1.产生原因：物体分子无规则运动，辐射电磁波。 3.特点：辐射强度与温度有关，温度越高，辐射强度越高； 温度越低，辐射强度越低。 热辐射 2.对于电磁波来说，频率越高（即波长越短），能量越高， 反之越低. 5 一切物体 温度T不同，辐射出电磁波的波长就不同 经验表明：低温 红外光 炽热 可见光 高温 紫外光 那波长与温度的关系具体是怎样的呢？ 从外界吸收电磁波 反射电磁波 热辐射 热辐射 从外界吸收电磁波 科学家构想一个理想化模型：绝对黑体（简称黑体） 可见光 红外光 紫外光 热辐射 一些发光体（如太阳，白炽灯丝）由于热辐射>>反射（忽略反射）也当作黑体来处理。 所以黑体看上去不一定是黑色。 >> >> 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） 黑体能向外辐射电磁波 黑体 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 T T 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。 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． 1700K 1500K 1100K 辐射强度 1300K 黑体辐射实验规律 实验结论: 1.温度越高,辐射强度越大 2.随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动． 024 λ/μm 8 两种理论: 维恩公式: 短波适合;长波不符合 瑞利公式: 长波适合;短波荒唐 普朗克理论 : 在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是h 的整数倍。 最小能量为: ε=h  是波的频率 实验 瑞利公式 维恩公式 黑体辐射理论解释 普朗克理论值 经典物理学理论解释黑体辐射的实验规律遇到了严重的困难。 9 　 普朗克认为，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，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 能量子 能量子: ε=h  h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s) 是波的频率  　 　 　 　 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。 能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 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。 3、量子化假设的意义 1.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(　 　) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 ACD 2.(多选)下列叙述正确的是(　　) A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 AD 12 3. (多选)以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是(　　) A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波 B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高 C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强 D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高 BC 4. (多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是 (　 　) A．微波是指波长在 m到10 m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 ACD 13 5.(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 6、(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（ ） A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射 B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光) C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释 D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释 ABD 7、(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（ ） A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射 B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光) C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释 D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释 ABD $$