4.1普朗克黑體輻射理論課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

4.1普朗克黑體輻射理論教師：日期：

月

日19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面：在分子物理方面：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：成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(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。建立了解釋一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程組新課導(dǎo)入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(kāi)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(kāi)爾文也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)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(kāi)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，----”一朵與黑體輻射有關(guān)，一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)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,柳暗花明又一村一座建設(shè)中的樓房還沒(méi)安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子近似黑色。新課導(dǎo)入⑴定義：任何物體在任何溫度下都會(huì)輻射電磁波的現(xiàn)象。(熱傳遞的三種方式之一)（這種輻射是由物體的原子、分子受激發(fā)產(chǎn)生的，與溫度有關(guān)，故稱為熱輻射）投在爐中的鐵塊800K1000K1200K1400K不發(fā)光→暗紅→赤紅→橘紅→黃白色例如，鐵塊隨著溫度升高：

一、熱輻射⑵原因:物體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，輻射電磁波。⑶特點(diǎn):物體溫度高，輻射能量本領(lǐng)強(qiáng)，電磁波的短波成份多，長(zhǎng)波成份少。（各種波長(zhǎng)都有）注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射TT外來(lái)各種波長(zhǎng)的輻射能反射某些波長(zhǎng)的輻射能（隨物而異）吸收某些波長(zhǎng)的輻射能（隨物而異）（故也隨物而異）發(fā)射各種波長(zhǎng)的熱輻射能對(duì)熱輻射規(guī)律的研究顯得較復(fù)雜不透明體度于某一溫處熱平衡狀態(tài)：物體的溫度恒定時(shí)，物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量，這時(shí)得到的輻射稱為平衡熱輻射。實(shí)際熱輻射的復(fù)雜性一、熱輻射1.黑體如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)（不僅是可見(jiàn)光）的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。[對(duì)黑體的理解]：絕對(duì)的黑體是一個(gè)理想化的物理模型,實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。不透明材料制成的帶小孔的空腔二、黑體與黑體輻射TT外來(lái)各種波長(zhǎng)的輻射能無(wú)任何反射能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能發(fā)射各種波長(zhǎng)的熱輻射能不透明體度于某一溫處假設(shè)有這樣一種物體這種假設(shè)的物體稱為黑體不透明體黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射（黑體輻射）的可見(jiàn)光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)還會(huì)很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽(yáng)、白熾燈燈絲)也被看作黑體來(lái)處理。2.黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。[黑體輻射的特征]：研究表明,對(duì)于一般材料的物體，輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)，而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)。二、黑體與黑體輻射黑體輻射實(shí)驗(yàn)研究：加熱黑體爐使其溫度升高，黑體爐就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。1.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布與溫度的關(guān)系:2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律特點(diǎn)：隨溫度的升高

①溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值。（輻射強(qiáng)度:單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度）

②各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加；

③輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。三、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律+-+-+-帶電微粒→震動(dòng)→變化的電磁場(chǎng)物體中存在帶電微粒黑體輻射的理論解釋黑體輻射兩種經(jīng)典解釋⑴短波符合；長(zhǎng)波不符合。⑵長(zhǎng)波符合；短波荒唐----紫外災(zāi)難。德國(guó)物理學(xué)家維恩根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)，在1896年提出了一個(gè)輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)及溫度變化的半經(jīng)驗(yàn)公式——維恩公式。根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)與電磁學(xué)，物理學(xué)家瑞利在1900年也提出了一個(gè)理論公式，后經(jīng)金斯改進(jìn)，合稱瑞利-金斯公式。維恩線瑞利-金斯線

在紫外線一端，當(dāng)波長(zhǎng)趨于0時(shí)，輻射本領(lǐng)將趨于無(wú)窮大．這種情況被人們稱為“紫外災(zāi)難”。普朗克的解釋：維恩公式和瑞利——金斯公式，其實(shí)就是普朗克公式的特殊情況。普朗克嘗試從電磁學(xué)、力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理學(xué)的基本理論出發(fā)，把這個(gè)公式推導(dǎo)出來(lái),它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。普朗克的擬合結(jié)果普朗克最終在1900年底發(fā)現(xiàn)，如果想推導(dǎo)出這個(gè)公式，就必須假定：組成黑體的振動(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。黑體輻射的理論解釋1、關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無(wú)關(guān)D.如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體CD你能行！！2、下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是（）A你能行！！1.普朗克的量子化假設(shè)-能量子普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，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，例如，可能是ε或2ε、3ε…這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。四、能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢(shì)能，彈簧振子的彈性勢(shì)能。連續(xù)微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個(gè)一個(gè)的特定值，不能連續(xù)變化--能量量子，例如：物體的帶電量，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。經(jīng)典量子分立2.能量子大小表達(dá)式（牢記）：E=nεn=1,2,…能量量子經(jīng)典ε叫能量子，簡(jiǎn)稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)--能量量子化，ν是帶電微粒的振動(dòng)頻率，也是電磁波的頻率，h：普朗克常量h＝6.62607015×10-34J·s(1)輻射物體中包含大量振動(dòng)著的帶電微粒，它們的能量是能量子的整數(shù)倍

(2)諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。對(duì)于頻率為

的諧振子，最小能量為：ε=h

稱為一個(gè)能量子。比喻：電磁波就好象是機(jī)關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運(yùn)動(dòng)的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。普朗克四、能量子普朗克量子化理論的意義①破除“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)思想，是物理新思想的基石之一②開(kāi)創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)③標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域

普朗克1900年的假設(shè)第一次為人們揭開(kāi)了微觀世界物理規(guī)律面紗的一角。從此，物理學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。3、以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量 B.物體的質(zhì)量C.物體的動(dòng)量 D.學(xué)生的個(gè)數(shù)解析：“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選AD。AD你能行！！你能行！！4、正誤判斷(1)黑體一定是黑色的物體。()(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。()(3)溫度越高,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。()(4)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。()(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上勻速運(yùn)動(dòng)的小球的動(dòng)能也是量子化的。()答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√(7)×(8)×(1)只有高溫的物體才會(huì)熱輻射。 (

)(2)熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨溫度的變化而有所不同。 (

)(3)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (

)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。 (

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(5)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。 (

)(6)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。 (

)(7)入射光照射到金屬表面上時(shí)，光電子幾乎是瞬時(shí)發(fā)射的。 (

)(8)光子發(fā)生散射時(shí)，其動(dòng)量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。 (

)(9)光子發(fā)生散射后，其波長(zhǎng)變大。 (

)×

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5、判一判你能行！！6、一盞電燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)為λ＝6.0×10－7m，普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過(guò)的光子(能量子)數(shù)約為（