普朗克黑體輻射理論

1、普朗克黑體輻射理論【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射。了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。了解能量子的概念。二、過(guò)程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】能量子的概念?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。【教學(xué)過(guò)程】一、復(fù)習(xí)提問(wèn)、新課導(dǎo)入教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：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

2、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。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律一一能量轉(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，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀(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。”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)后面在加幾位罷了！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

3、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。”這兩朵烏云是指什么1/5 /5呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(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”點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)普朗克黑體輻射理論。二新課教學(xué)（一）黑體與黑體輻射熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)

4、。例如：鐵塊溫度f(wàn)從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)認(rèn)識(shí)，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程。黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來(lái)的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。概念：能全部吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑（1）黑體是個(gè)理想化的模型。（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但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)。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。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。（二）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律展示測(cè)量黑體輻射的實(shí)驗(yàn)原理圖加熱空腔

5、使其溫度升高，空腔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。特點(diǎn)：隨溫度的升高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加；輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng)。教師提出問(wèn)題，設(shè)置疑問(wèn)：怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢?在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來(lái)解釋。德國(guó)物理學(xué)家維恩和英國(guó)物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符,甚至得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難維恩的經(jīng)驗(yàn)公式：短波符合，長(zhǎng)波不符合。瑞利-金斯公式：長(zhǎng)波符合，短波荒唐。超越牛頓的發(fā)現(xiàn)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

6、克公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。（三）能量子普朗克最終在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e的整數(shù)倍。例如，可能是e或2儀3s他把這個(gè)不可再分的最小能量值e叫作能量子，它的表達(dá)式為：=hvo這里的v是帶電微粒的振動(dòng)頻率，也即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率。h是一個(gè)常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h=6.62607015X10-34Js?！揪毩?xí)鞏固】下列敘述正確的是（）切物體都在輻射電磁波般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案：ACD關(guān)于對(duì)黑體的

7、認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的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)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)如果在一個(gè)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)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體答案：C紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是（）紅光B.橙光C.黃光D.綠光答案：A小燈泡的功率P=1W，設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長(zhǎng)九=10-6m，求小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)是多少？（h=6.63X10-34js）答案：5X1018個(gè)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（）輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度B輔射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度答案：A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)答案：AD輸肘強(qiáng)度7WKIHX)K黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（）隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)答案：ACD在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔