輻射強度黑體輻射規(guī)律3課件

1、1919世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)在各個領(lǐng)域都取得很大成功：世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)在各個領(lǐng)域都取得很大成功： 牛頓定律牛頓定律: : 成功描述了宏觀低速物體的運動成功描述了宏觀低速物體的運動 分子物理分子物理: : 成功解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能成功解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能 電電 磁磁 學(xué)：建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的學(xué)：建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的 麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組。 找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律- 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。 當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。 認為物理學(xué)

2、已經(jīng)發(fā)展到頭了。認為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。 19001900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上, ,著名物理學(xué)家著名物理學(xué)家 開爾文開爾文 勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言: : “科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補工作就行了。的修補工作就行了?！?-開爾文開爾文- 也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面加幾位罷了！做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面加幾位罷了！

3、但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，令人不安的烏云，-”-”這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？熱輻射實驗熱輻射實驗邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實驗?zāi)讓嶒灪髞淼氖聦嵶C明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為革命的后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為革命的風(fēng)暴，烏云落地化為春雨，澆灌出兩朵風(fēng)暴，烏云落地化為春雨，澆灌出兩朵“鮮花鮮花”。 不到一年不到一年(1900(1900年底年底) )，第一朵烏云

4、第一朵烏云 誕生誕生 量子論量子論 19051905年年, , 第二朵烏云第二朵烏云 誕生誕生 相對論相對論。 經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了 一個更為遼闊的領(lǐng)域。一個更為遼闊的領(lǐng)域。思考與討論：思考與討論：問題問題1: 在火爐旁邊有什么感覺在火爐旁邊有什么感覺?問題問題2: 投在爐中的鐵塊開始是什么顏色投在爐中的鐵塊開始是什么顏色? 過一會有是什么顏色過一會有是什么顏色?1400K800K1000K1200K1、一切物體在任何溫度下，都要向外輻射電磁波。、一切物體在任何溫度下，都要向外輻射電磁波。2、電磁波能量的高低、電磁波按波長分布的情

5、況、電磁波能量的高低、電磁波按波長分布的情況 都與溫度有關(guān)，故稱為熱輻射。都與溫度有關(guān)，故稱為熱輻射。一、熱輻射一、熱輻射二、黑體與黑體輻射二、黑體與黑體輻射1、黑體定義：、黑體定義：如果一個物體在任何溫度下，如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的電磁波都完全吸收，而不反射與對任何波長的電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。透射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。用不透明材料制成一空心容器，用不透明材料制成一空心容器，壁上開一小孔壁上開一小孔，可看成絕對黑體可看成絕對黑體黑體模型黑體模型思考與討論：思考與討論：一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，一座建設(shè)中的樓房還沒安裝

6、窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠處觀察，把室內(nèi)的盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠處觀察，把室內(nèi)的亮度與樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為亮度與樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？什么？ 2、研究黑體輻射的意義：、研究黑體輻射的意義：v研究表明：研究表明：一般材料物體一般材料物體，輻射電磁波的情況除，輻射電磁波的情況除與與溫度溫度有關(guān)，還與有關(guān)，還與材料的種類及表面狀況材料的種類及表面狀況有關(guān)；有關(guān)；v黑體黑體：輻射電磁波的強度按波長的分布輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體只與黑體的溫度的溫度有關(guān)，因而反映了某種具有普遍意義的客有關(guān)，因而反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律。觀規(guī)律。 于是在研究

7、熱輻射的規(guī)律時，人們特別注意于是在研究熱輻射的規(guī)律時，人們特別注意對黑體輻射的研究對黑體輻射的研究0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 輻射強度輻射強度黑體輻射黑體輻射實驗規(guī)律實驗規(guī)律3、黑體輻射的實驗規(guī)律、黑體輻射的實驗規(guī)律 隨著溫度升高：隨著溫度升高：v（1）各種波長的輻射強度都有增加，）各種波長的輻射強度都有增加， （2）輻射強度的極大值向波長短的方向移動）輻射強度的極大值向波長短的方向移動4、怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律？、怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律？v物體中存在著不停運動的帶電微粒，按照當(dāng)時物理物體中存在著不停運動的帶電微粒，按照當(dāng)時物理

8、學(xué)的認識，每個帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁學(xué)的認識，每個帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。場，從而產(chǎn)生電磁輻射。o實驗值/m)T(M0 維恩線維恩線瑞利瑞利-金斯線金斯線紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難普普朗朗克克線線12345678黑體輻射實驗是物黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗天空中一理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。朵令人不安的烏云。輻射強度輻射強度v荒謬的荒謬的“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”v維恩公式在短波區(qū)與實驗很接近，長波區(qū)與維恩公式在短波區(qū)與實驗很接近，長波區(qū)與實驗偏離很大；實驗偏離很大；v瑞利公式在長波區(qū)與實驗很接近，短波區(qū)與瑞利公式在長波區(qū)與實驗很接近，短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符；不但不符，而且

9、當(dāng)波長趨于實驗嚴(yán)重不符；不但不符，而且當(dāng)波長趨于零時，輻射強度竟變成無窮大，由于波長很零時，輻射強度竟變成無窮大，由于波長很小的輻射處在紫外線波段，故而由荒謬的結(jié)小的輻射處在紫外線波段，故而由荒謬的結(jié)果稱為果稱為“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”。1 1、能量子說、能量子說-超越牛頓的假設(shè)超越牛頓的假設(shè) 1900 1900年，普朗克做出了這樣的大膽假設(shè)：年，普朗克做出了這樣的大膽假設(shè)： 振動著的帶電微粒的能量是振動著的帶電微粒的能量是某一最小能量某一最小能量 （稱為能量子）（稱為能量子）整數(shù)倍。例如，可能是整數(shù)倍。例如，可能是, 1, , 1, 2, 3, .2, 3, .當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是當(dāng)

10、帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份輻射或吸收的。以這個最小能量值為單位一份一份輻射或吸收的。對于頻率為對于頻率為的諧振子最小能量為的諧振子最小能量為能量能量量子量子經(jīng)典經(jīng)典hh是普朗克常量是普朗克常量三、普朗克的能量子假說和黑體輻射公式三、普朗克的能量子假說和黑體輻射公式2.2.普朗克的黑體輻射公式普朗克的黑體輻射公式1900.10.19 1900.10.19 普朗克在德國普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個物理學(xué)會會議上提出一個黑體輻射公式黑體輻射公式12)(/32kThechTMsJ10626. 634hM.Planck M.Planck 德國德國人人1858185

11、819471947(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克實驗值實驗值),(0Te 實驗結(jié)果與普朗克的公式畫出的圖線完全一致 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信地相信 h h 的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。 19181918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和他的墓碑上只刻著他的姓名和秒焦3

12、410626. 6h 黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點找到了，為人類解決了眼前，紫外災(zāi)難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，一大難題。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？物理難題：物理難題：18881888年，霍瓦年，霍瓦(Hallwachs)(Hallwachs)發(fā)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近電。近1010年以后，年以后，18971897年，年，J.ThomsonJ.Thomson發(fā)發(fā)現(xiàn)了電子現(xiàn)了電子 ，此時，人們認