高中物理 選擇性必修三 普朗克黑體輻射理論 課件

1、深圳大學(xué)附屬中學(xué)THE AFFILIATED HIGH SCHOOL OF SHEN ZHEN UNIVERSITY選擇性必修三 4.1 普朗克黑體輻射理論深大附中 方哲深圳大學(xué)附屬中學(xué)THE AFFILIATED HIGH SCHOOL OF SHEN ZHEN UNIVERSITY什么是熱輻射？物體由于具有溫度而輻射電磁波的現(xiàn)象。知識(shí)回顧黑體物體熱輻射和溫度的關(guān)系？如果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，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。空腔壁上開一個(gè)很小的孔，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)帶小孔的空腔就可以近似為一個(gè)絕對(duì)黑體。

2、黑體是一種理想化模型黑體輻射黑體輻射：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。黑體輻射特征：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)。這可能反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律，必須理論研究！根據(jù)上圖，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？黑體輻射實(shí)驗(yàn)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律根據(jù)上圖，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？黑體輻射實(shí)驗(yàn)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射項(xiàng)目熱輻射特點(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波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁

3、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,不反射一般物體與黑體的比較現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體, 實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(電磁波),絕對(duì)黑體不存在,是理想化的模型。黑體輻射實(shí)驗(yàn)曲線T=1600K（1）維恩的半經(jīng)驗(yàn)公式： 短波符合，長(zhǎng)波不符合。（2）瑞利金斯公式：長(zhǎng)波符合，短波荒唐。 紫外災(zāi)難經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難解釋實(shí)驗(yàn)曲線一朵令 人不安的烏云小資料19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。

4、另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。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。1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，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?！钡_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，”小資料這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)普朗克量子力學(xué)的誕生相對(duì)論問(wèn)世量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)能量子1900年10月，普朗克提出量子化理論，給

5、予黑體輻射以完美的解釋。普朗克的量子化理論普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(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，這個(gè)不可再分的最小能量值叫作能量子。能量子的大?。?= h其中 是電磁波的頻率，h 稱為普朗克常量，h = 6.626 10 -34 J s（一般取 h = 6.63 10-34 J s）能量經(jīng)典量子能量子普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射黑體輻射公式1900 年 10月 19日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式。普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、

6、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 h6.6261034J s。小資料年輕的愛因斯坦認(rèn)識(shí)到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進(jìn)行了推廣，認(rèn)為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說(shuō)，光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為 v 的光的能量子為 hv，h 為普朗克常量。這些能量子后來(lái)被叫作光子 (photon)。小資料能量量子化物理學(xué)的新紀(jì)元跨出了真正說(shuō)明物質(zhì)世界

7、量子性的第一步牛頓以來(lái)物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一小資料課堂練習(xí)1.新冠肺炎防控中有一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對(duì)外來(lái)人員進(jìn)行體溫檢測(cè)，檢測(cè)用的體溫槍工作原理就是黑體輻射定律。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知下列描述正確的是（）A隨著溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B溫度降低，可能部分波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度會(huì)減小 C隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向頻率較小的方向移動(dòng) D隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) 課堂練習(xí)2.下列敘述錯(cuò)誤的是()A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波課堂練

8、習(xí)3.(多選)根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,以下判斷正確的是 ()A.在同一溫度下,波長(zhǎng)越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B.在同一溫度下,輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長(zhǎng)不是最大的,也不是最小的,而是處在最大與最小波長(zhǎng)之間C.溫度越高,輻射強(qiáng)度的極大值就越大D.溫度越高,輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長(zhǎng)越短課堂練習(xí)4.關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說(shuō)法正確的是（ ）A.黑體是真實(shí)存在的B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式， 與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C.隨著溫度升高，黑體輻射的各波長(zhǎng)的強(qiáng)度有些會(huì)增強(qiáng)，有些會(huì)減弱D.黑體輻射無(wú)任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)課堂練習(xí)5.(多選)下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說(shuō)法正確的是（ ）A.黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無(wú)反射B.黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波(包括可見光和不可 見光)C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律