第四章

原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第1節(jié)

普朗克黑體輻射理論

02主題二、黑體與黑體輻射01主題一、熱輻射目錄CONTENTS03主題三、黑體輻射規(guī)律第1節(jié)

普朗克黑體輻射理論

04主題四、能量子新課引入：19世紀(jì)末，牛頓定律取得了巨大的成就機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面:在分子動(dòng)理論方面:成功囊括了天上地下的物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律電磁學(xué)方面:成功解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體內(nèi)能力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律:能量轉(zhuǎn)化與守恒定律以至于當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。建立解釋一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程組1900年,在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開爾文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，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。----開爾文也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面再加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”新課引入：19世紀(jì)末，牛頓定律取得了巨大的成就開爾文(1824-1907)這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，然而,事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。新課引入：19世紀(jì)末，牛頓定律取得了巨大的成就思考：什么叫輻射煤油燈、白熾燈以及太陽(yáng)都是通過(guò)向外輻射可見光使人們看到它們！煤油燈光很昏暗，白熾燈光較亮，太陽(yáng)光非常刺眼。為什么呢？說(shuō)明物體能向外發(fā)光溫度越高的物體發(fā)出的光也越強(qiáng)新課引入：19世紀(jì)末，牛頓定律取得了巨大的成就第一部分熱輻射

一般物體的熱輻射還與材料種類、表面狀況等有關(guān)

常溫下看到物體的顏色是因?yàn)槲矬w反射光所致，也不是熱輻射

高溫物體主要發(fā)出的是紫外光，一、熱輻射1.定義：2.特點(diǎn)：任何物體任何溫度均存在熱輻射，低溫物體主要發(fā)出的是紅外光①熾熱物體主要發(fā)出的是可見光，②激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射，一切物體都向外輻射電磁波(光也是一種電磁波),這種輻射與溫度有關(guān)，所以叫熱輻射注意：③而黑色的物體則是吸收了所有的光不反射，

若某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，就稱為絕對(duì)黑體。第二部分黑體與黑體輻射能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)電磁波而不發(fā)生反射的物體二、黑體與黑體輻射②黑體只是不反射電磁波，①黑體是一種理想化模型，在自然界中并不存在完全理想的黑體。注意：帶小孔的空腔1.黑體：帶空腔的小孔可近似看做黑體但不斷向外輻射電磁波。所以黑體能被看到，黑體不黑

思考：觀察遠(yuǎn)處打開的窗子是什么顏色

思考：觀察遠(yuǎn)處打開的窗子是什么顏色遠(yuǎn)處的窗戶近似黑體二、黑體與黑體輻射能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)電磁波而不發(fā)生反射的物體二、黑體與黑體輻射②黑體只是不反射電磁波，①黑體是一種理想化模型，在自然界中并不存在完全理想的黑體。注意：帶小孔的空腔1.黑體：帶空腔的小孔可近似看做黑體黑體不斷向外輻射電磁波的現(xiàn)象。2.黑體輻射:但不斷向外輻射電磁波。所以黑體能被看到，黑體不黑黑體輻射只有黑體的溫度有關(guān)。注意：熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況不僅與溫度有關(guān)，也與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收，又反射，其能力與材料的種類及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射它可能反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律，人們因此對(duì)黑體輻射進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)及理論研究。二、黑體與黑體輻射第三部分黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.實(shí)驗(yàn)裝置:三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律T平行光管三棱鏡T黑體加熱0123456λ/μm輻射強(qiáng)度1700K1500K1300K1100K2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律①溫度越高，黑體輻射各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都會(huì)

。②溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)

的方向移動(dòng)。增加較短維恩(1864-1928)德國(guó)物理學(xué)家瑞利(1842-1919)英國(guó)物理學(xué)家瑞利─金斯線維恩線3.實(shí)驗(yàn)解釋①維恩經(jīng)驗(yàn)公式:短波適合;長(zhǎng)波不符合②瑞利

─

金斯公式:長(zhǎng)波適合;短波荒唐三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律維恩(1864-1928)德國(guó)物理學(xué)家瑞利(1842-1919)英國(guó)物理學(xué)家瑞利─金斯線維恩線3.實(shí)驗(yàn)解釋①維恩經(jīng)驗(yàn)公式:短波適合;長(zhǎng)波不符合②瑞利

─

金斯公式:長(zhǎng)波適合;短波荒唐三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律開爾文：黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云瑞利─

金斯公式被稱做：紫外災(zāi)難德國(guó)物理學(xué)家普朗克：仔細(xì)分析了黑體輻射，提出了要想讓公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，那么只要認(rèn)為：黑體輻射或吸收電磁波時(shí)的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。振動(dòng)著的能量只能是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。能量量子經(jīng)典普朗克(1858-1947)三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律

基于這樣的假設(shè)，他提出了一個(gè)黑體輻射公式普朗克(1858-1947)三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1900年10月19日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出黑體輻射公式。

普朗克找到的數(shù)學(xué)公式，它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。4.普朗克公式

普朗克曲線

普朗克后來(lái)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(guò)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(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。

1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的墓碑上只刻著他的姓名和普朗克(1858-1947)三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1858年4月23日出生于德國(guó)基爾。1874—1879年先后在慕尼黑大學(xué)、柏林大學(xué)就讀，并獲得博士學(xué)位。1880—1926年先后在慕尼黑大學(xué)、基爾大學(xué)、柏林大學(xué)任教，1926年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1947年10月逝世于哥廷根。

主要成就：1900年提出量子假說(shuō)，為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，他提出黑體輻射和吸收時(shí)的電磁波的能量永遠(yuǎn)是hv的整數(shù)倍E=nhν，其中ν是輻射頻率，h為新的物理常數(shù)，后人稱為普朗克常數(shù)，這一創(chuàng)造性的工作使他成為量子理論的奠基者，在物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。他第一次提出輻射能量的不連續(xù)性，著名科學(xué)家愛因斯坦接受并補(bǔ)充了這一理論，以此發(fā)展自己的相對(duì)論，波爾也曾用這一理論解釋原子結(jié)構(gòu)。量子假說(shuō)使普朗克獲得1918年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

三、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律普朗克(1858-1947)第四部分能量子瑞利公式維恩公式四、能量子普朗克公式普朗克公式的完美契合，說(shuō)明他提出黑體輻射和吸收時(shí)的電磁波的能量永遠(yuǎn)是hν的整數(shù)倍E=nhν(其中ν是輻射頻率，h為新的物理常數(shù))的看法，有可能反應(yīng)了宇宙能量的本質(zhì)。1.定義：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。這個(gè)不可再分的能量值ε叫做能量子。例如，微粒的能量可能是ε、2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。四、能量子1.定義：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。這個(gè)不可再分的能量值ε叫做能量子。2.最小能量：ε=hν

①其中ν是電磁波的頻率②h稱為普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s,

一般取h＝6.63×10－34J·s。課堂小結(jié)

熱輻射非4人黑體與黑體輻射非4人能量子

黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律概念：一切物體都向外輻射電磁波(光也是一種電磁波),這種輻射與溫度有關(guān)，所以叫熱輻射。概念：不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波的物體叫黑體，這種現(xiàn)象叫黑體輻射隨著溫度增加①各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加,②輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。振動(dòng)的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量ε的整數(shù)倍，

ε

=

hν，能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。【練習(xí)1】關(guān)于黑體輻射電磁波的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系,圖中正確的是(

)

圖4-1-1B第一節(jié)普朗克黑體輻射理論（共15張PPT）第一節(jié)普朗克黑體輻射理論（共15張PPT）課堂練習(xí)

【練習(xí)2】關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B．物體溫度越高，輻射強(qiáng)度越大C．輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無(wú)關(guān)D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色B課堂練習(xí)

【練習(xí)3】（多選）黑體輻射的研究表明：輻射強(qiáng)度、波長(zhǎng)分布與輻射體的溫度有密切關(guān)系。此研究對(duì)冶金工業(yè)的迅速發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)，如圖所示畫出了四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，從中可以看出（）A．溫度越高，輻射電磁波的波長(zhǎng)越短

B．溫度越低，輻射電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)C．同一波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)

D．輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同CD課堂練習(xí)

B課堂練習(xí)

【練習(xí)5】人眼對(duì)綠光最為敏感，如果每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺?，F(xiàn)有一個(gè)光源以10W的功率均勻地向各個(gè)方向發(fā)射波長(zhǎng)為5.3×10-7m的綠光，已知瞳孔的直徑為4mm，普朗克常量為h=6.63×10-34J·s，光速為