黑體輻射普朗克能量子假設(shè)課件

1、黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)1黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)1一、幾個(gè)概念 任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象為熱輻射。固體、液體在任何溫度下都要輻射電磁波。注意.深色物體比淺色物體吸收和發(fā)射電磁波能力大。1.什么是熱輻射2一、幾個(gè)概念 任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波描寫物體輻射本領(lǐng)的物理量。類似于波強(qiáng)。.物體在某個(gè)頻率范圍內(nèi)發(fā)射電磁波能力越大，則它吸收該頻率范圍內(nèi)電磁波能力也越大。2.單色輻出度表示在一定溫度 T 下，單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上波長(zhǎng)在 附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)輻射出的能量 。3描寫物體輻射本領(lǐng)的物理量。類似于波強(qiáng)。

2、.物體在某個(gè)頻率范圍3.輻出度 描寫物體在溫度 T 時(shí)向外輻射能量本領(lǐng)的物理量。表示在溫度 T 時(shí)單位時(shí)間內(nèi)、單位面積整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射出能量。已知物體在 T 時(shí)各種波長(zhǎng)的單色輻出度，可求出溫度為 T 時(shí)單位時(shí)間單位面積的總輻射能量。43.輻出度 描寫物體在溫度 T 時(shí)向外輻射能量本二、黑體輻射 物體具有向四周輻射能量的本領(lǐng)，又有吸收外界輻射來的能量，一般物體只能將一部分能量吸收另一部分反射出去。1.什么是黑體 能夠吸收外來一切電磁波輻射而毫無反射的物體，黑體只是一種理想的模型。碳黑可近似看作黑體?；殷w、透明體。5二、黑體輻射 物體具有向四周輻射能量的本領(lǐng)，又有 再如，可把一個(gè)開小孔的不透光

3、空腔看成黑體。2. 黑體的輻射分布6 再如，可把一個(gè)開小孔的不透光空腔看成黑體。2. 實(shí)驗(yàn)中將開有小孔的空腔視為黑體，如使空腔恒溫，測(cè)量從小孔中輻射出來的各種波長(zhǎng)范圍的單色輻出能與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。三、斯特藩-玻耳茲曼定律、維恩位移定律1.斯特藩-玻耳茲曼定律7 實(shí)驗(yàn)中將開有小孔的空腔視為黑體，如使空腔恒溫，.特點(diǎn)：?jiǎn)紊棾龆萂(T )是溫度 T 的函數(shù)，與黑體材料無關(guān)。黑體輻出度 M(T ) 與絕對(duì)溫度的四次方成正比。.斯特藩-玻耳茲曼定律斯特藩常量8.特點(diǎn)：?jiǎn)紊棾龆萂(T )是溫度 T 的函數(shù)，與黑體材 隨黑體溫度升高曲線峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) 短波方向移動(dòng)。維恩位移定律是從經(jīng)典熱力學(xué)得到的，這

4、個(gè)公式在短波部分與實(shí)驗(yàn)曲線符合比較好，由此1911年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2. 維恩位移定律9 隨黑體溫度升高曲線峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) 短波方向移動(dòng)后來知道這個(gè)公式只適于短波部分，在長(zhǎng)波部分相差較大。例：（1）溫度為室溫（20C）的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？（2）輻出度是多少？解： （1）由維恩位移定律（2）由斯特藩-玻耳茲曼定律10后來知道這個(gè)公式只適于短波部分，在長(zhǎng)波部分相差較大。例：（11111 瑞利-金斯按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理進(jìn)行計(jì)算，波長(zhǎng)從 到 +d 輻射能量四、黑體輻射的瑞利-金斯公式12 瑞利-金斯按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理進(jìn)行經(jīng)典物理遇到的困難 瑞利-

5、金斯公式在長(zhǎng)波部分符合得較好，瑞利金斯線維恩線實(shí)驗(yàn)曲線當(dāng)波長(zhǎng)變短，輻出度趨于無窮大。這稱為 “紫外災(zāi)難”。由于理論與實(shí)驗(yàn)之間的不可調(diào)和性，給物理學(xué)界帶來很大困難。13經(jīng)典物理遇到的困難 瑞利-金斯公式在長(zhǎng)波部分符合得 正如1900年開耳文指出的晴朗的物理學(xué)理論大廈上空，飛來“兩朵烏云”之一，它動(dòng)搖了經(jīng)典物理的基礎(chǔ)。14 正如1900年開耳文指出的晴朗的物理學(xué)理論大廈五、普朗克量子假設(shè)、黑體輻射公式 1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克為了得到與實(shí)驗(yàn)曲線相一致的公式，在維恩位移定律和瑞利-金斯公式之間用內(nèi)插法建立一個(gè)普遍公式，提出了一個(gè)與經(jīng)典物理學(xué)概念截然不同的“能量子”假設(shè)：能量是分立的，不是連續(xù)的。

6、15五、普朗克量子假設(shè)、黑體輻射公式 1900年德國(guó) 普朗克（德）（1858-1947），量子論的奠基人，1900年12月14日他在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上，宣讀了以關(guān)于正常光譜中能量分布定律的理論為題的論文，提出了能量的量子化假設(shè)，并導(dǎo)出了能量的分布公式，勞厄稱這一天是“量子論的誕生日”。16 普朗克（德）（1858-1947），量子論的奠1.普朗克量子假設(shè).金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一維諧振子，它吸收或發(fā)射電磁波輻射能時(shí)與振子的頻率成正比的能量子 h 為基本單元來吸收可發(fā)射能量。.空腔壁上帶電諧振子所吸收或發(fā)射的能量是 h 的整數(shù)倍。普朗克常數(shù)171.普朗克量子假設(shè).金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一

7、維諧振子 當(dāng)帶電諧振子與周圍電磁場(chǎng)交換能量時(shí)放出能量以量子方式進(jìn)行。 溫度為 T 的黑體單位面積上頻率在 +d 范圍內(nèi)輻射的能量為18 當(dāng)帶電諧振子與周圍電磁場(chǎng)交換能量時(shí)放出能量以量 普朗克在1900年10月19日德國(guó)物理學(xué)會(huì)說“即使這個(gè)輻射公式能證明是絕對(duì)精確的，但是如果僅僅是一個(gè)僥幸猜測(cè)出來的內(nèi)插公式，那么它的價(jià)值也是有限的”。由于提出能量子假設(shè)，為此獲1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)公式不僅與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合，而且也解決了在經(jīng)典熱力學(xué)中固體比熱與實(shí)驗(yàn)不符的問題。19 普朗克在1900年10月19日德國(guó)物理學(xué)會(huì)說“例：設(shè)有一音叉尖端的質(zhì)量為 0.050kg，將其頻率調(diào)到 =480Hz，振幅 A=1.0nm。 求：尖端振動(dòng)的量子數(shù)。解： 振動(dòng)能量為由20例：設(shè)有一音叉尖端的質(zhì)量為 0.050kg，將其頻率調(diào)到 六、黑體輻射的應(yīng)用1.測(cè)量黑體溫度 在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特