撥開黑體輻射的疑云

1撥開黑體輻射的疑云2【例1】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖17－1－3所示，由圖可知(

)圖17－1－33A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加C．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)D．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)4【答案】A、C、D【解析】由圖可知，隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過(guò)來(lái)。故A、C、D正確，B錯(cuò)誤。5【例2】光是一種電磁波，可見光的波長(zhǎng)的大致范圍是400—700nm、400nm、700nm電磁輻射的能量子的值各是多少？6【答案】4.97×10－19J

2.84×10－19J7課堂練習(xí)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8解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故A錯(cuò)誤；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)，故B錯(cuò)、C對(duì)；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個(gè)黑體，而不是空腔，故D錯(cuò)誤。答案：C92．關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)C．輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無(wú)關(guān)D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色10解析：一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；選項(xiàng)C是黑體輻射的特性，C錯(cuò)誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯(cuò)誤。答案：B113．關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的12解析：根據(jù)普朗克能量子假說(shuō)知，A錯(cuò)誤，B、C正確；普朗克能量子假說(shuō)反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，D錯(cuò)誤。答案：B、C134．2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射的黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是(

)A．微波是指波長(zhǎng)在10－3m到10m之間的電磁波B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D．普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)14解析：微波是一種電磁波，傳播不需要介質(zhì)，B錯(cuò)誤；由于分子和原子的熱運(yùn)動(dòng)引起一切物體不斷向外輻射電磁波，又叫熱輻射，C正確。答案：A、C、D155．神光“Ⅱ”裝置是我國(guó)規(guī)模最大，國(guó)際上為數(shù)不多的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長(zhǎng)λ為0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)？(取兩位有效數(shù)字)。165．神光“Ⅱ”裝置是我國(guó)規(guī)模最大，國(guó)際上為數(shù)不多的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長(zhǎng)λ為0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)？(取兩位有效數(shù)字)。1718普朗克提出“能量子”概念普朗克于1858年出生于德國(guó)的基爾，父親是基爾大學(xué)著名的法律教授。普朗克先后在慕尼黑大學(xué)和柏林大學(xué)學(xué)習(xí)，曾經(jīng)在基爾霍夫等人的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)和研究熱力學(xué)，并于1879年獲得博士學(xué)位。1880年，普朗克成為慕尼黑大學(xué)物理學(xué)講師，5年后被基爾大學(xué)聘為理論物理學(xué)特約教授。191889年，在基爾霍夫逝世后，普朗克回到母校繼任了老師的職位，成為柏林大學(xué)的教授，并一直在此工作到1926年退休。1894年，普朗克被選為普魯士科學(xué)院院士；1926年，他被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)吸收為會(huì)員。他同時(shí)還兼任柏林威廉皇家研究所所長(zhǎng)。20也就是從他被選為普魯士科學(xué)院院士這一年開始，普朗克開始從事黑體輻射方面的研究。他先是對(duì)基爾霍夫輻射定律中的普適函數(shù)感興趣，決心找到這個(gè)普適函數(shù)，經(jīng)過(guò)5年的努力，他得到了輻射能分布的初步公式。其后一年，普朗克集前人的研究成果，結(jié)合自己的發(fā)現(xiàn)，于1900年10月19日在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上以《對(duì)維恩輻射定律的一點(diǎn)修正》為題，宣布了自己的輻射公式，即“普朗克輻射公式”。當(dāng)天夜晚，德國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家魯本斯將自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與普朗克公式的理論結(jié)果作了仔細(xì)的比較，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在哪個(gè)波段二者都保持著驚人的一致。21魯本斯將這一對(duì)比結(jié)果告訴了普朗克，普朗克非常高興，決心透徹研究輻射公式的物理意義，并確定公式中所取的兩個(gè)常數(shù)的具體形式。這一決心使普朗克走上了發(fā)現(xiàn)量子之路。22普朗克按照玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)思想，認(rèn)真地考慮熵與幾率的關(guān)系。輻射公式的真正物理意義被一步步揭示出來(lái)，1900年12月14日，在經(jīng)過(guò)“一生中最緊張的幾個(gè)星期的工作”之后，他終于作出了“孤注一擲的行動(dòng)”：在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上宣讀的論文《關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論》中，他提出令人感到驚訝的能量子假定，從而得到一個(gè)被賦予具體物理意義的輻射公式。他假設(shè)，物體在發(fā)射輻射和吸收輻射時(shí)，能量是不連續(xù)的，以一個(gè)最小單位的整數(shù)倍跳躍式變化，這個(gè)能量的基本單位，稱作能量子。這一天被看作是量子論的誕生日，作用量子則被認(rèn)為是最基本的自然常數(shù)之一。23經(jīng)典物理學(xué)一向認(rèn)為能量是連續(xù)的，并將這一傳統(tǒng)觀念當(dāng)成金科玉律。但用它研究黑體輻射時(shí)卻帶來(lái)了“紫外災(zāi)難”，表明了經(jīng)典理論的局限性。普朗克沖破了傳統(tǒng)觀念的束縛，提出了能量分立性的思想，這是物理學(xué)領(lǐng)域基本概念的重大變革。但也由于這個(gè)理論與經(jīng)典理論是如此格格不入，當(dāng)時(shí)物理學(xué)界對(duì)它的反映是極為冷淡的。從1900年到1904年的文獻(xiàn)中，幾乎找不到有關(guān)這一理論的論文。241908年，德國(guó)的《自然科學(xué)和技術(shù)史手冊(cè)》發(fā)行第二版，書中詳盡列出了1900年全世界120項(xiàng)