第2章 2．1撥開黑體輻射的疑云

1、.21撥開黑體輻射的疑云學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道什么是熱輻射及熱輻射的特性，理解黑體與黑體輻射重點(diǎn)2知道黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，理解黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系重點(diǎn)3理解能量子的概念，理解能量量子化難點(diǎn)第二朵“烏云紫外災(zāi)難1黑體與黑體輻射1熱輻射物體在任何溫度下，都會發(fā)射電磁波，溫度不同，所發(fā)射的電磁波的頻率、強(qiáng)度也不同，這種現(xiàn)象叫做熱輻射熱輻射與物體的溫度有關(guān)2黑體可以完全吸收投射到其外表的電磁波而不產(chǎn)生反射的物體，我們稱之為絕對黑體，簡稱黑體3黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射電磁波的本領(lǐng)按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)隨著溫度的升高，各種波長的輻射本領(lǐng)都增加；隨著溫度的升高，輻射本領(lǐng)的最大值

2、向波長較短的方向挪動2“紫外災(zāi)難科學(xué)家從理論上解釋黑體輻射的規(guī)律有維恩公式和瑞利公式1維恩公式德國物理學(xué)家維恩從熱力學(xué)理論出發(fā)，得到的公式只是在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符，長波部分存在明顯差異2瑞利公式英國物理學(xué)家瑞利從經(jīng)典電磁理論出發(fā)，得到的公式在長波部分與實(shí)驗(yàn)吻合，短波部分偏向較大，尤其在紫外線一端，當(dāng)波長趨于零時，輻射本領(lǐng)趨于無窮大，人們稱之為“紫外災(zāi)難1能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體2溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大3熱輻射一定在高溫下才能發(fā)生×黑體是指黑顏色的物體嗎？【提示】黑體不是指黑顏色的物體，是指能完全吸收電磁波的物體1對黑體的理解絕對的黑體實(shí)際上是不存在的，但

3、可以用某裝置近似地代替如圖2­1­1所示，假如在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)外表會發(fā)生屢次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體圖2­1­12一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及外表狀況有關(guān)既吸收又反射，其才能與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長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3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值2隨著溫度的升高各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波

4、長較短的方向挪動如圖2­1­2所示圖2­1­21多項(xiàng)選擇黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖2­1­3所示，由圖可知 圖2­1­3A隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加B隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加C隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向挪動D隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向挪動【解析】由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向挪動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C正確，B、D錯誤【答案】AC2以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號：06092019】A只有溫度

5、高的物體在輻射電磁波B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān)D黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)【解析】根據(jù)熱輻射定義知A錯；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和外表狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯、D對【答案】D1熱輻射不一定需要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強(qiáng)2在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜成分顯著不同普 朗 克 假 設(shè) 驅(qū) “烏 云1普朗克公式德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進(jìn)展了系統(tǒng)的理論研究，推導(dǎo)出了普朗克

6、公式，把它與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展比較，發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果“令人滿意地相符2普朗克設(shè)想黑體的空腔壁是由大量振子組成的，其能量E只能是某一最小能量值h的整數(shù)倍，即Enhn1,2,3，式中為振子的頻率，h是一個常量，h6.63×1034_J·s.最小能量h叫做能量子 .在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫做能量的量子化3意義普朗克能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的開展產(chǎn)生了革命性的影響1微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍2能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比3光滑程度桌面上勻速運(yùn)動的小球的動能也是量子化的×為了得出同實(shí)驗(yàn)

7、相符的黑體輻射公式，普朗克提出了什么樣的觀點(diǎn)？【提示】普朗克提出了量子化的觀點(diǎn)量子化是微觀世界的根本特點(diǎn)，其所有的變化都是不連續(xù)的1普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的開展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)開展史上一個重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)2普朗克常量h是自然界最根本的常量之一，它表達(dá)了微觀世界的根本特征3多項(xiàng)選擇對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點(diǎn)，以下說法正確的選項(xiàng)是 A以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收B輻射或吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C輻射和吸收的能量是量子化的D輻射的能量是量子化的，吸收的能量是連續(xù)的【解析】帶電微粒的輻射和吸收能量時是以最小能量值能量子E的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的應(yīng)選項(xiàng)A、B、C正確，D選項(xiàng)錯【答案】ABC4氦氖激光器發(fā)射波長為6 328 的單色光，試計算這種光的一個光子的能量為多少？假設(shè)該激光器的發(fā)光功率為18 mW，那么每秒發(fā)射多少個光子？【解析】根據(jù)