161黑體輻射普朗克能量子假設(shè)

1、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè) 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史有一百多年的歷史. .其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到大師的創(chuàng)新努力，到 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 30 年代，就建立了一年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論套完整的量子力學(xué)理論. .量子力學(xué)量子力學(xué)宏觀領(lǐng)域宏觀領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代物理

2、的理論基礎(chǔ)量子力學(xué)量子力學(xué)相相 對(duì)對(duì) 論論量子力學(xué)量子力學(xué)微觀世界的理論微觀世界的理論起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)早期量子論早期量子論量子力學(xué)量子力學(xué)相對(duì)論量子力學(xué)相對(duì)論量子力學(xué)普朗克能量量子化假說普朗克能量量子化假說愛因斯坦光子假說愛因斯坦光子假說康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)玻爾的氫原子理論玻爾的氫原子理論德布羅意實(shí)物粒子波粒二象性德布羅意實(shí)物粒子波粒二象性薛定諤方程薛定諤方程波恩的物質(zhì)波統(tǒng)計(jì)解釋波恩的物質(zhì)波統(tǒng)計(jì)解釋海森伯的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系海森伯的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系狄拉克把量子力學(xué)與狄拉克把量子力學(xué)與

3、狹義相對(duì)論相結(jié)合狹義相對(duì)論相結(jié)合物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)一一 黑體黑體 黑體輻射黑體輻射 （1 1）熱輻射）熱輻射 實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出實(shí)驗(yàn)證明不同溫度下物體能發(fā)出不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同不同的電磁波，這種能量按頻率的分布隨溫度而不同的電磁輻射叫做熱輻射的電磁輻射叫做熱輻射. . （2 2）單色輻射出射度）單色輻射出射度 單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在面積發(fā)出的頻率在 附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在附近單位頻率區(qū)間（或波長(zhǎng)在 附近單位波長(zhǎng)區(qū)間）的電磁波的能量附近單位波長(zhǎng)

4、區(qū)間）的電磁波的能量 . .單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬?(tm3w/m單色輻射出射度單色輻射出射度 單位：?jiǎn)挝唬篽z)w/(m2)(tm物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)（3 3）輻射出射度）輻射出射度 （輻出度）（輻出度） 單位時(shí)間，單位單位時(shí)間，單位面積上所輻射出的各面積上所輻射出的各種頻率（或各種波長(zhǎng)）種頻率（或各種波長(zhǎng)）的電磁波的能量總和的電磁波的能量總和. .0d)()(tmtm0 2 4 6 8 10 12hz10/14鎢絲和太陽的單色輻出度曲線鎢絲和太陽的單色輻出度曲線21210468)hzw/(m10)

5、(28tm太陽太陽可見可見光區(qū)光區(qū) 鎢絲鎢絲（5800k5800k） 太陽太陽（5800k5800k）)hzw/(m10)(29tm鎢絲鎢絲0d)()(tmtm物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)0 1000 20001.00.5 )mw10/()(314tmnm/二二 斯特藩斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 維恩位移定律維恩位移定律可見光可見光區(qū)區(qū)3000k3000k6000k6000k（1 1）斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律40d)()(ttmtm428kmw10670. 5斯特藩斯特藩玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量（2）維恩位移定

6、律維恩位移定律bt mkm10898. 23b常量常量峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)m物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)k6000k1048310898.293mbt 例例1 1 太陽的單色輻出度的峰值波長(zhǎng)太陽的單色輻出度的峰值波長(zhǎng) ，試由此估算太陽表面的溫度試由此估算太陽表面的溫度. .nm483m解解由維恩位移定律由維恩位移定律 對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用這種方法進(jìn)行推測(cè)這種方法進(jìn)行推測(cè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)3456789)m(

7、 實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值)t(mb 維恩維恩瑞利瑞利-金斯金斯紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難012tcbec)t(m 251 tc)t(mb43 三三 黑體輻射的瑞利黑體輻射的瑞利金斯公式金斯公式 經(jīng)典物理的困難經(jīng)典物理的困難物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè))hzw/(m10)(29tm0 1 2 3 6hz10/14123 45瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線k2000t*ktctm222)(瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)h

8、普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)sjh 341063. 6c c 光速光速k k 玻爾茲曼恒量玻爾茲曼恒量普朗克量子假說普朗克量子假說(1)黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波，黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波， 并和周圍的電磁場(chǎng)交換能量。并和周圍的電磁場(chǎng)交換能量。 h (2) 這些諧振子能量不能連續(xù)變化，只能取一些分立值，這些諧振子能量不能連續(xù)變化，只能取一些分立值，是最小能量是最小能量 的整數(shù)倍的整數(shù)倍, ,這個(gè)最小能量稱為能量子。這個(gè)最小能量稱為能量子。1ed2d)(/32kthchtm四四 普朗克假設(shè)普朗克假設(shè) 普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式（1900 1900 年）年）物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16-1 16-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)0 1 2 3 6hz10/14)hzw/(m10)(29tm瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式123 45k2000t普朗克公式的理論曲線普朗克公式的理論曲線實(shí)驗(yàn)值實(shí)