3.2黑體輻射普朗克的能量子假說ppt課件

1、太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系第十六章第十六章 從經(jīng)典物理到量子物理從經(jīng)典物理到量子物理 楊振寧在楊振寧在 一書中指出：在一書中指出：在2020世紀初，發(fā)生了世紀初，發(fā)生了三次概念上的革命，它們深刻地改變了人三次概念上的革命，它們深刻地改變了人們對物理世界的了解，這就是狹義相對論們對物理世界的了解，這就是狹義相對論19051905年）、廣義相對論年）、廣義相對論19161916年和量年和量子力學(xué)子力學(xué)19251925年）。年）。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 1900 1900年前后，人們發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典理論無法年前后，人們發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典理論無法解釋的一些新實驗事實，如：黑體輻射、光

2、電解釋的一些新實驗事實，如：黑體輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及原子光譜實驗規(guī)律。效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及原子光譜實驗規(guī)律。 為了解釋這些規(guī)律，迫使人們?nèi)ふ倚碌奈锢頌榱私忉屵@些規(guī)律，迫使人們?nèi)ふ倚碌奈锢砀拍?，建立新的理論。量子力學(xué)就是在這樣的背景概念，建立新的理論。量子力學(xué)就是在這樣的背景下逐漸發(fā)展起來的一種新理論下逐漸發(fā)展起來的一種新理論. . 本章主要介紹上述實驗規(guī)律以及當時解釋這些本章主要介紹上述實驗規(guī)律以及當時解釋這些規(guī)律而提出的相關(guān)設(shè)想規(guī)律而提出的相關(guān)設(shè)想. .太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系一、熱輻射的基本概念一、熱輻射的基本概念1.1.熱輻射熱輻射P194,P194,第第1 1段段

3、,1,2,1,2行行 它是由分子、原子熱運動引起的。它是由分子、原子熱運動引起的。 溫度不同時溫度不同時 輻射的波長分布不同輻射的波長分布不同 例如：加熱鐵塊，隨著溫度的升高，例如：加熱鐵塊，隨著溫度的升高， 從看不出發(fā)光從看不出發(fā)光暗紅暗紅橙色橙色蘭白色蘭白色1 1概念：由于分子熱運動導(dǎo)致物體不斷地輻射概念：由于分子熱運動導(dǎo)致物體不斷地輻射電磁波電磁波, ,因這種輻射與溫度有關(guān)因這種輻射與溫度有關(guān), , 故稱熱輻射故稱熱輻射. .熱輻射熱輻射 - - 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系如：固體在溫度升高時顏色的變化如：固體在溫度升高時顏色的變化1

4、400K800K1000K1200K2 2熱輻射的基本性質(zhì)熱輻射的基本性質(zhì) 任何物體在任何溫度下都有熱輻射。任何物體在任何溫度下都有熱輻射。熱輻射發(fā)射的電磁波是連續(xù)光譜熱輻射發(fā)射的電磁波是連續(xù)光譜 （各波長都有，但強度不同）（各波長都有，但強度不同）溫度越高溫度越高,輻射能量越大輻射能量越大,輻射電磁波的波長越短。輻射電磁波的波長越短。800K800K以下，只發(fā)熱，肉眼無法觀察以下，只發(fā)熱，肉眼無法觀察800K800K以上，才能看到物體發(fā)光以上，才能看到物體發(fā)光P194,P194,第第1 1段，段，第第2 2行起行起太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系直覺直覺: : 低溫物體發(fā)出的是紅外光低溫

5、物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見光熾熱物體發(fā)出的是可見光 高溫物體發(fā)出的是紫外光高溫物體發(fā)出的是紫外光注意：注意： 熱輻射與溫度有關(guān)熱輻射與溫度有關(guān) 激光激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射日光燈發(fā)光不是熱輻射太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系3 3平衡熱輻射平衡熱輻射物體不僅有發(fā)射電磁波的本領(lǐng)、還具有吸物體不僅有發(fā)射電磁波的本領(lǐng)、還具有吸收、反射電磁波的本領(lǐng)。收、反射電磁波的本領(lǐng)。P194,P194,第第2 2段，第段，第1 1行行P194,P194,第第2 2段，第段，第2,32,3行行 如果物體輻射的能量等于在同一時間如果物體輻射的能量等于在同一時間內(nèi)所吸收的能量，物體達到熱平衡，稱為內(nèi)

6、所吸收的能量，物體達到熱平衡，稱為平衡熱輻射。此時物體具有固定的溫度。平衡熱輻射。此時物體具有固定的溫度。 以下只討論平衡熱輻射。以下只討論平衡熱輻射。 太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系4.4.單色輻出度單色輻出度MMT T）（或單色發(fā)射本領(lǐng)）（或單色發(fā)射本領(lǐng)） 單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上所輻射出來的、波長在的、波長在 范圍內(nèi)的輻射能為范圍內(nèi)的輻射能為dM(T) dM(T) ，d為該物體的單色輻出度。為該物體的單色輻出度。定義定義d( )( )dM TMT單位：單位：W/m3W/m30 2 4 6 8 10 1221210468可見可見光區(qū)光區(qū)

7、鎢絲鎢絲5800K5800K） 太陽太陽（5800K5800K）)(TM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P194,16.1P194,16.1式及上式及上1 1，2 2行行太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 定義定義: :單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上輻射的波單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上輻射的波長在長在到到+d+d范圍內(nèi)的輻射能量范圍內(nèi)的輻射能量dM(T)dM(T)與與dd的比值的比值為單色輻出度，用為單色輻出度，用MMT T表示表示. .d)(d)(TMTM1 1單色輻出度單色輻出度MMT T）（或單色發(fā)射本領(lǐng)）（或單色發(fā)射本領(lǐng)）單位：單位：W/m3W/m3MT和和溫度

8、、波長有關(guān)溫度、波長有關(guān)發(fā)射體材料及表面情況有關(guān)發(fā)射體材料及表面情況有關(guān)2.2.描述熱輻射的物理量描述熱輻射的物理量P194,16.1P194,16.1式及上式及上1 1，2 2行行太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系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d()()dM TMT0 2 4 6 8 10 1221210468可見光可見光區(qū)區(qū) 鎢絲鎢絲5800K5800K） 太陽太陽（5800K5800K）)(TM太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系2 2輻射出射度輻射出射度M(T)M(T)（或全發(fā)射本領(lǐng)）（或全發(fā)射本領(lǐng)） 定義：單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上輻射定義：單位時間內(nèi)從物

9、體表面單位面積上輻射的各種波長電磁波的能量總和，稱為該物體的的各種波長電磁波的能量總和，稱為該物體的輻射出射度，簡稱輻出度，用輻射出射度，簡稱輻出度，用M(T)M(T)表示。表示。單位：單位：W/m2W/m2P194,P194,第第3 3段，段，1 1，2 2行行P194,16.2P194,16.2式及上面式及上面1 1行行0( )( )dM TMTM(T)和和溫度有關(guān)溫度有關(guān)發(fā)射體材料及表面情況有關(guān)發(fā)射體材料及表面情況有關(guān)溫度溫度T 時時,物體輻出度與單色輻出度關(guān)系物體輻出度與單色輻出度關(guān)系太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系附：鎢絲和太陽的單色輻出度曲線附：鎢絲和太陽的單色輻出度曲線0)d

10、()(d)(TMTMTMd( )( )dM TMT 溫度T 時，物體輻出度與單色輻出度關(guān)系0 2 4 6 8 10 1221210468可見光可見光區(qū)區(qū) 鎢絲鎢絲5800K5800K） 太陽太陽（5800K5800K）)(TM太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系3 3吸收比和反射比吸收比和反射比P194,P194,倒第倒第1 1段，第段，第1 1，2 2行行定義：物體在溫度定義：物體在溫度T T時時, , 反射波長在反射波長在 +d +d 范圍內(nèi)電磁波能量與相應(yīng)波長的入射電磁波能量范圍內(nèi)電磁波能量與相應(yīng)波長的入射電磁波能量之比，稱為該物體的單色反射比，用之比，稱為該物體的單色反射比，用( ，T

11、)T)表示。表示。1),(),(TT 對于不透明物體對于不透明物體P195,16.3P195,16.3式式定義：物體在溫度定義：物體在溫度T T時時, ,吸收波長在吸收波長在 +d +d 范范圍內(nèi)電磁波能量與相應(yīng)波長的入射電磁波能量之比，圍內(nèi)電磁波能量與相應(yīng)波長的入射電磁波能量之比，稱為該物體的單色吸收比，用稱為該物體的單色吸收比，用，T T表示。表示。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1.1.絕對黑體絕對黑體 1) 1)定義：如果一物體定義：如果一物體, ,能完全吸收各種波長的入能完全吸收各種波長的入射輻射能而無反射射輻射能而無反射, ,則該物體為絕對黑體，簡稱黑則該物體為絕對黑體，簡稱黑

12、體。即體。即 0( , )1T二、黑體和基爾霍夫輻射定律二、黑體和基爾霍夫輻射定律 。 2 2黑體模型：在不透黑體模型：在不透明材料做成的空腔上開明材料做成的空腔上開一小孔一小孔，這樣的小孔，這樣的小孔就可作為黑體模型。就可作為黑體模型。說明：黑體是一理想模型。說明：黑體是一理想模型。實際上實際上 “ “黑體黑體不存在。不存在。OP195,1下1,2行太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1.1.絕對黑體絕對黑體 1) 1)定義：如果一物體定義：如果一物體, ,能完全吸收各種波長的入能完全吸收各種波長的入射輻射能而無反射射輻射能而無反射, ,則該物體為絕對黑體，簡稱黑則該物體為絕對黑體，簡稱黑體

13、。即體。即 0( , )1T二、黑體和基爾霍夫輻射定律二、黑體和基爾霍夫輻射定律P195,1下1,2行 對于平衡熱輻射，物體輻射的能量和吸對于平衡熱輻射，物體輻射的能量和吸收的能量相同。因而收的能量相同。因而 黑體也能輻射各種波長的電磁波黑體也能輻射各種波長的電磁波 它的輻射的本領(lǐng)最大它的輻射的本領(lǐng)最大( (和非黑體相比和非黑體相比) ) 黑體是一理想模型，實際上黑體是一理想模型，實際上 “ “絕對黑體絕對黑體是是不存在的。不存在的。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系黑體模型黑體模型 在不透明的材料上開小孔做成空腔，空腔外在不透明的材料上開小孔做成空腔，空腔外面的電磁波可以通過小孔進入空腔，

14、經(jīng)過多次反面的電磁波可以通過小孔進入空腔，經(jīng)過多次反射后，幾乎全部被腔壁吸收。射后，幾乎全部被腔壁吸收。2 2黑體模型黑體模型 小孔能完全吸小孔能完全吸收各種波長的入射收各種波長的入射電磁波而成為黑體。電磁波而成為黑體。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系維恩設(shè)計的黑體維恩設(shè)計的黑體空腔上的小孔空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞煉鋼爐上的小洞向遠處觀察打開向遠處觀察打開的窗子的窗子近似黑體近似黑體太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系，2. 2. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 120120( )( )( )( , )( , )( , )( , )MTMTMTITTTT ( )( )( , )oMTMTT M

15、0(T) 表示溫度T下絕對黑體的單色輻出度,則上式可簡記為 任何物體的單色輻出度和單色吸收比之比任何物體的單色輻出度和單色吸收比之比, ,等于同等于同一溫度下絕對黑體的單色輻出度一溫度下絕對黑體的單色輻出度, ,即基爾霍夫定律。即基爾霍夫定律。P196,1,2行任何物體的單色輻出度和單色吸收比的比值任何物體的單色輻出度和單色吸收比的比值, ,與物與物體的性質(zhì)無關(guān)，與溫度體的性質(zhì)無關(guān)，與溫度T T及波長及波長有關(guān)。有關(guān)。P195,16.5式P195,2下第3行P195,16.4式太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系2 2由基爾霍夫輻射定律可得以下結(jié)論由基爾霍夫輻射定律可得以下結(jié)論a一個好的吸收體

16、，也是好的發(fā)射體。一個好的吸收體，也是好的發(fā)射體。 黑體能夠吸收各種波長的電磁波，因此黑體也黑體能夠吸收各種波長的電磁波，因此黑體也能輻射各種波長的電磁波能輻射各種波長的電磁波. .1 1基爾霍夫定律適用于平衡熱輻射?；鶢柣舴蚨蛇m用于平衡熱輻射。說明：說明：P196,3,4行( )( )( , )oMTMTT b在熱輻射達到平衡時，在熱輻射達到平衡時， 黑體的單色輻射度隨黑體的單色輻射度隨波長變化曲線的形狀與黑體的絕對溫度波長變化曲線的形狀與黑體的絕對溫度T有關(guān)，有關(guān)，與構(gòu)成黑體的材料和形狀無關(guān)與構(gòu)成黑體的材料和形狀無關(guān).這樣，利用黑體就這樣，利用黑體就可撇開材料的具體性質(zhì)來研究熱輻射的規(guī)律

17、?？善查_材料的具體性質(zhì)來研究熱輻射的規(guī)律。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系絕對黑體既是最好的吸收體，也是最好的發(fā)射體。絕對黑體既是最好的吸收體，也是最好的發(fā)射體。黑體的輻射的本領(lǐng)最大黑體的輻射的本領(lǐng)最大( (和非黑體相比和非黑體相比) ) P196, 4行 對于平衡熱輻射，物體輻射的能量和吸收能量對于平衡熱輻射，物體輻射的能量和吸收能量相同。因為絕對黑體能夠吸收各種波長的電磁波，相同。因為絕對黑體能夠吸收各種波長的電磁波，因此絕對黑體也能輻射各種波長的電磁波。因此絕對黑體也能輻射各種波長的電磁波。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1 1定律適用于平衡熱輻射定律適用于平衡熱輻射基爾霍夫定律

18、基爾霍夫定律說明：說明：P196,3,4行( )( )( , )oMTMTT 2 2定律表明：一個好的吸收體，也是好的發(fā)射體。定律表明：一個好的吸收體，也是好的發(fā)射體。室溫下，反射光室溫下，反射光1100K，自身輻射光，自身輻射光一個黑白花盤子的兩張照片一個黑白花盤子的兩張照片太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 絕對黑體既是最好的吸收體，也是最好的發(fā)射體。絕對黑體既是最好的吸收體，也是最好的發(fā)射體。黑體的輻射的本領(lǐng)最大黑體的輻射的本領(lǐng)最大( (和非黑體相比和非黑體相比) ) P196, 4行3) 3) 輻射達到平衡時：物體輻射能量輻射達到平衡時：物體輻射能量= =吸收能量。故吸收能量。故絕對

19、黑體能夠吸收各種波長的電磁波，也能輻絕對黑體能夠吸收各種波長的電磁波，也能輻 射射各種波長的電磁波。各種波長的電磁波。 黑體材料和形狀無關(guān)黑體材料和形狀無關(guān). 這樣，利用黑體就可撇開材料的具體性質(zhì)來這樣，利用黑體就可撇開材料的具體性質(zhì)來研究熱輻射的規(guī)律。研究熱輻射的規(guī)律。黑體溫度黑體溫度T有關(guān)有關(guān)黑體黑體M(T) 曲線形狀與曲線形狀與太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系練練2 2練練1 1太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系例例1 1練考點練考點17)17)例例2 2太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1. 1. 實驗曲線實驗曲線 三、三、 黑體輻射的基本規(guī)律黑體輻射的基本規(guī)律黑體的單色輻出度

20、黑體的單色輻出度Mo(T )Mo(T )按波長分布曲線按波長分布曲線1 1對應(yīng)不同的溫度，對應(yīng)不同的溫度，曲線不同。曲線不同。2 2每條曲線都有一每條曲線都有一個峰值。溫度越高，個峰值。溫度越高，峰值的波長越小。峰值的波長越小。3 3溫度越高，曲線溫度越高，曲線下的面積越大。下的面積越大。特點：特點：太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系黑體的單色輻出度黑體的單色輻出度Mo(T )Mo(T )按波長分布的實驗曲線按波長分布的實驗曲線 特點：特點：是連續(xù)是連續(xù)譜譜Mo和和、T有有關(guān)關(guān) 每條曲線有一每條曲線有一極值波長極值波長m mT m 曲線下面積即為曲線下面積即為M(T )M(T )，隨，隨T

21、T單調(diào)增加。單調(diào)增加。 太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系不同溫度下不同溫度下 與與的曲線的曲線 ( )oMT1 1斯特藩斯特藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律M0(T) = T 4 黑體輻射的總發(fā)射黑體輻射的總發(fā)射本領(lǐng)與它絕對溫度的四本領(lǐng)與它絕對溫度的四次方成正比，即次方成正比，即P196,16.6式及上面一行2.2.兩個實驗定律兩個實驗定律斯特藩常量斯特藩常量)KW/(m1067. 5428太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系不同溫度下不同溫度下 與與的曲線的曲線 ( )oMT2 2維恩位移定律維恩位移定律32.898 10bm KT m = b常量常量P197,16.7式,1,2行 曲線的峰值

22、波長與溫度成反比。曲線的峰值波長與溫度成反比。 熱輻射的峰值波長隨著溫度的增加而向著短波方向移動。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系3.3.說明：該定律適用于絕對黑體的平衡熱輻射。說明：該定律適用于絕對黑體的平衡熱輻射。4.4.應(yīng)用：應(yīng)用：b)b)科研星球表面溫度估算?？蒲行乔虮砻鏈囟裙浪?。( (見例見例3) 3) 2)2)遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。 如：神六、神七如：神六、神七a)工業(yè)中測高溫工業(yè)中測高溫 如：冶煉爐開一小孔如：冶煉爐開一小孔,黃色光黃色光m已知已知 ，可，可由由 ，得有效溫度，得有效溫度T。T m = b1)1)測物體的溫度，如測物體

23、的溫度，如太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系例例3 實驗測得太陽單色輻出度的峰值所對應(yīng)的波實驗測得太陽單色輻出度的峰值所對應(yīng)的波長為長為483nm，若將太陽看作黑體，估計太陽表面的，若將太陽看作黑體，估計太陽表面的溫度和太陽的輻出度。溫度和太陽的輻出度。解解: K00061048310898. 293mbT由此方法也可估算宇宙中其它發(fā)光星體的表面溫度由此方法也可估算宇宙中其它發(fā)光星體的表面溫度.由斯特藩由斯特藩玻耳茲曼定律，得玻耳茲曼定律，得28475.67 1060007.35 10 W mM0(T) = T 4由維恩位移定律，由維恩位移定律， 得得T m = b太原理工大學(xué)物理系太原理工

24、大學(xué)物理系例例4考點考點19）例例5太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系四、經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難四、經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難理論物理學(xué)家做了艱苦地努力，其中最典型的理論物理學(xué)家做了艱苦地努力，其中最典型的是維恩公式和瑞利是維恩公式和瑞利金斯公式。金斯公式。1.維恩公式維恩公式0( )( ,)MTfTTCeCTM2510)( 1896年維恩從經(jīng)典熱力學(xué)理論及實驗數(shù)據(jù)的年維恩從經(jīng)典熱力學(xué)理論及實驗數(shù)據(jù)的分析得出分析得出如何從理論上找到符合實驗的函數(shù)式如何從理論上找到符合實驗的函數(shù)式? ?P197,16.8式 只適用于短波區(qū)只適用于短波區(qū)太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系維恩公式與實驗曲線維恩公式與實

25、驗曲線/m0( )MT12 34567 8o 在長波段，維恩曲線明顯偏離實驗曲線！在長波段，維恩曲線明顯偏離實驗曲線！太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1900年從經(jīng)典電動力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)理論年從經(jīng)典電動力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)理論 推導(dǎo)得推導(dǎo)得TckTM402)(/m)(0TMo1 2 3 4 56 7 8瑞利瑞利-金斯線公式與實驗曲線金斯線公式與實驗曲線只適用于長波區(qū)只適用于長波區(qū)P198,16.9式太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系/m)(0TMo1 2 3 4 56 7 8在紫外區(qū)與實驗曲線明顯不符在紫外區(qū)與實驗曲線明顯不符瑞利瑞利-金斯線公式與實驗曲線金斯線公式與實驗曲線TckTM402

26、)(“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”當當0時，時，0( )MT P198,16.9式下1-3行太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經(jīng)典物理學(xué)的方法來研究熱輻射所得的結(jié)果，都與實驗結(jié)果不符，明顯地暴露了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷。黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。 “紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”原因能量連續(xù)分布對黑體原因能量連續(xù)分布對黑體輻射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，輻射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，于于1900年年12月月14日大膽地提出了能量量子化假日大膽地提出了能量量子化假設(shè)。設(shè)。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經(jīng)典物

27、理學(xué)的方法來研究熱輻射所得的結(jié)果，都與實驗結(jié)果不符，明顯地暴露了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷。黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。 為了解決上述困難，普朗克利用以上兩公式，用數(shù)學(xué)內(nèi)插法將維恩公式和瑞利-金斯公式銜接起來，得出了與實驗結(jié)果符合的普朗克公式. “紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”原因能量連續(xù)分布對黑體輻原因能量連續(xù)分布對黑體輻射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，于射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，于1900年年12月月14日大膽地提出了能量量子化假設(shè)。日大膽地提出了能量量子化假設(shè)。太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系1.維恩公式維恩公式2105( )CTCMTeP197,16.8式2.

28、2.瑞利瑞利-金斯公式金斯公式42)(ckTTMoP198,16.9式oM維恩曲線瑞利-金斯曲線普朗克曲線從麥克斯韋分子速率分布的規(guī)律解釋。只適用于短波區(qū)。從麥克斯韋分子速率分布的規(guī)律解釋。只適用于短波區(qū)。 從熱力學(xué)統(tǒng)計物理中能從熱力學(xué)統(tǒng)計物理中能量按自由度均分原理解釋。量按自由度均分原理解釋。只適用于長波區(qū)。只適用于長波區(qū)。維恩維恩(W.Wien 1864-1928 (W.Wien 1864-1928 德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家) )于于19111911年年獲諾貝爾物理學(xué)獎獲諾貝爾物理學(xué)獎四、經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難四、經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難0(

29、)MT 當當0， 這就是物理學(xué)歷史上的這就是物理學(xué)歷史上的“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”。42)(ckTTMo “紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”原因能量連續(xù)分布對黑體輻原因能量連續(xù)分布對黑體輻射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，于射的失敗。普朗克拋棄能量連續(xù)取值的概念，于1900年年12月月14日大膽地提出了能量量子化假設(shè)。日大膽地提出了能量量子化假設(shè)。P198,16.9式下面2，3行太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系五、普朗克的能量子假設(shè)五、普朗克的能量子假設(shè) 1. 1.普朗克假設(shè)普朗克假設(shè) 1) 1)把構(gòu)成黑體的原子、分子看成帶電的線性諧把構(gòu)成黑體的原子、分子看成帶電的線性諧振子；振子； 2 2諧振子所具

30、有的能量只能是最小能量諧振子所具有的能量只能是最小能量 的的整數(shù)倍，即整數(shù)倍，即 , 2 , 2 ， 3 3 ， ，n n , , （ 稱為能量子，稱為能量子，n n為正整數(shù)，叫量子為正整數(shù)，叫量子數(shù)。）數(shù)。） 3 3對頻率為對頻率為 的諧振子，最小能量的諧振子，最小能量 = h = h，式中式中 h = 6.63h = 6.63101034 J s34 J s，叫普朗克常量。，叫普朗克常量。 P198,倒第1段太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 4 4諧振子在吸收或輻射能量時，振子從這些狀態(tài)之諧振子在吸收或輻射能量時，振子從這些狀態(tài)之一躍遷到其他一個狀態(tài)。即物體發(fā)射或吸收的能量必一躍遷到其

31、他一個狀態(tài)。即物體發(fā)射或吸收的能量必須是最小能量的整數(shù)倍，而且是一份一份地按不連續(xù)須是最小能量的整數(shù)倍，而且是一份一份地按不連續(xù)的方式進行。每一份能量叫一能量子（的方式進行。每一份能量叫一能量子（ = = h h ）。）。 利用這一假設(shè)，普朗克從理論上導(dǎo)出了絕對黑利用這一假設(shè)，普朗克從理論上導(dǎo)出了絕對黑體單色輻出度的表達式體單色輻出度的表達式P199, 第3行及10.10b下第6行2.2.普朗克公式普朗克公式205211hckThcMeP199, 16.10b 此式在全波段內(nèi)與實驗相符，它是國際實用溫此式在全波段內(nèi)與實驗相符，它是國際實用溫標用以定標的基礎(chǔ)。標用以定標的基礎(chǔ)。太原理工大學(xué)物理系

32、太原理工大學(xué)物理系黑體輻射曲線與經(jīng)典比較黑體輻射曲線與經(jīng)典比較實驗值實驗值*0 1 2 3 4 5 6 7 8m/)(0TM普朗克線普朗克線瑞利瑞利 - 金斯線金斯線維恩線維恩線太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 成功解釋了黑體輻射的成功解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律；開創(chuàng)了物理學(xué)實驗規(guī)律；開創(chuàng)了物理學(xué)研究的新局面；標志人類研究的新局面；標志人類對自然規(guī)律認識從宏觀領(lǐng)對自然規(guī)律認識從宏觀領(lǐng)域進入了微觀領(lǐng)域；為量域進入了微觀領(lǐng)域；為量子力學(xué)誕生奠定了基礎(chǔ)。子力學(xué)誕生奠定了基礎(chǔ)。 普朗克普朗克L.Planck 1858-L.Planck 1858-1947 1947 德國物理學(xué)家由于提出德國物理學(xué)家由

33、于提出量子假設(shè)而對量子理論的建立量子假設(shè)而對量子理論的建立所做的貢獻獲得所做的貢獻獲得19181918年的諾貝年的諾貝爾物理學(xué)獎。爾物理學(xué)獎。普朗克提出的能量量子化假設(shè)普朗克提出的能量量子化假設(shè)意義意義太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系例例6 6 （考點（考點2222）太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系普朗克公式普朗克公式維恩公式維恩公式在長波在長波情況下情況下瑞金公式瑞金公式積分積分求極值求極值在短波在短波情況下情況下40)(TTM斯斯-玻定律玻定律Tbm/維恩位移定律維恩位移定律太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系電離輻射：使物質(zhì)電離的輻射。如：宇宙射線、電離輻射：使物質(zhì)電離的輻射。如

34、：宇宙射線、射線、射線、射線、射線、射線、射線、X X射線等。射線等。電離輻射的強度與距離、時間以及屏蔽情況有電離輻射的強度與距離、時間以及屏蔽情況有關(guān)。這種輻射對人體有害、注意防護。關(guān)。這種輻射對人體有害、注意防護。非電離輻射：不能使物質(zhì)電離的輻射。如：微非電離輻射：不能使物質(zhì)電離的輻射。如：微波、激光、紅外、紫外、超聲波等。這種輻射波、激光、紅外、紫外、超聲波等。這種輻射到處都有，可不防護。到處都有，可不防護。生活小貼士生活小貼士太原理工大學(xué)物理系太原理工大學(xué)物理系 普朗克首次指出了熱輻射過程中能量變化的普朗克首次指出了熱輻射過程中能量變化的非連續(xù)性。普朗克所提出的能量量子化假設(shè)是一非連續(xù)性。普朗克所提出的能量量子化假設(shè)是一個劃時代的發(fā)現(xiàn)，能量子的存在打破了一切自然個劃時代的發(fā)現(xiàn)，能量子的存在打破了一切自然過程都是連續(xù)的經(jīng)典定論，第一次向人們揭示了過程都是連續(xù)的經(jīng)典定論，第一次向人們揭示了自然的非連續(xù)本性。自然的非連續(xù)本性。 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)h是微觀物理中的重要物理量，與是微觀物理中的重要物理量，與量子化分不開量子化分不開.19211921年中國物理學(xué)家葉企孫等人測定的普朗克常年