黑体辐射普朗克能量子假设ppt课件

1、 任何物体在任何温度下都要发射各种任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，这种由于物质中的分子、波长的电磁波，这种由于物质中的分子、原子遭到热激发而发射电磁波的景象为热原子遭到热激发而发射电磁波的景象为热辐射。辐射。固体、液体在任何温度下都要辐射电磁波。固体、液体在任何温度下都要辐射电磁波。. .深色物体比淡色物体吸收和发射电磁波深色物体比淡色物体吸收和发射电磁波才干大。才干大。)(TM描写物体辐射身手的物理量。类似于波强。描写物体辐射身手的物理量。类似于波强。. .物体在某个频率范围内发射电磁波才干物体在某个频率范围内发射电磁波才干越大，那么它吸收该频率范围内电磁波才越大，那么它吸收该

2、频率范围内电磁波才干也越大。干也越大。ddETM)(表示在一定温度表示在一定温度 T T 下，单位时间内从物体下，单位时间内从物体外表单位面积上波长在外表单位面积上波长在 附近单位波长间附近单位波长间隔内辐射出的能量隔内辐射出的能量 。)(TM 描写物体在温度描写物体在温度 T T 时向外辐射能量身时向外辐射能量身手的物理量。手的物理量。0)()(dTMTM表示在温度表示在温度 T T 时单位时间内、单位面积时单位时间内、单位面积整个波长范围内的辐射出能量。整个波长范围内的辐射出能量。知物体在知物体在 T T 时各种波长的单色辐出度，可时各种波长的单色辐出度，可求出温度为求出温度为 T T 时

3、单位时间单位面积的总辐时单位时间单位面积的总辐射能量。射能量。 物体具有向周围辐射能量的身手，又物体具有向周围辐射能量的身手，又有吸收外界辐射来的能量，普通物体只能有吸收外界辐射来的能量，普通物体只能将一部分能量吸收另一部分反射出去。将一部分能量吸收另一部分反射出去。 可以吸收外来一切电磁波辐射而毫无可以吸收外来一切电磁波辐射而毫无反射的物体，黑体只是一种理想的模型。反射的物体，黑体只是一种理想的模型。碳黑可近似看作黑体。碳黑可近似看作黑体。灰体、透明体。灰体、透明体。 再如，可把一个再如，可把一个开小孔的不透光空腔开小孔的不透光空腔看成黑体。看成黑体。TSL平行光管三棱镜热电偶K1700K1

4、500K1100)(TMo 实验中将开有小实验中将开有小孔的空腔视为黑体，孔的空腔视为黑体，如使空腔恒温，丈量如使空腔恒温，丈量从小孔中辐射出来的从小孔中辐射出来的各种波长范围的单色各种波长范围的单色辐出能与波长之间的辐出能与波长之间的关系。关系。. .特点：单色辐出度特点：单色辐出度MM (T )(T )是温度是温度 T T 的函的函数，与黑体资料无关。数，与黑体资料无关。黑体辐出度黑体辐出度 M(T ) M(T ) 与与绝对温度的四次方成绝对温度的四次方成正比。正比。0)()(dTMTM4)(TTM. .斯特藩斯特藩- -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律斯特藩常量斯特藩常量428KmW1067.5

5、)(TMK1700K1500K1100o 随黑体温度升高随黑体温度升高曲线峰值所对应的波曲线峰值所对应的波长长 短波方向挪动。短波方向挪动。)(TMK1700K1500K1100obTmKm10898.23b维恩位移定律是从经典热力学得到的，这维恩位移定律是从经典热力学得到的，这个公式在短波部分与实验曲线符合比较好，个公式在短波部分与实验曲线符合比较好，由此由此19111911年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。后来知道这个公式只适于短波部分，在长后来知道这个公式只适于短波部分，在长波部分相差较大。波部分相差较大。例：例：1 1温度为室温温度为室温2020C C的黑体，的黑体，其单色辐出度

6、的峰值所对应的波长是多少？其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？2 2辐出度是多少？辐出度是多少？解：解： 1 1由维恩位移定律由维恩位移定律bTm29310898.23Tbmnm98902 2由斯特藩由斯特藩- -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律4)(TTM4)(TTM48)293(1067.522W/m1017.4 瑞利瑞利- -金斯按照经典电磁场实际和经典金斯按照经典电磁场实际和经典统计物理进展计算，波长从统计物理进展计算，波长从 到到 +d+d 辐射能量辐射能量dkcdTM42)( , /cdcd2dcd2dTMdTM)()(dkcdTM222)( 瑞利瑞利- -金斯公式在金斯公式在长波部分符

7、合得较好，长波部分符合得较好，)(TMo瑞利金斯线维恩线实验曲线实验曲线当波长变短，辐出度趋于无穷大。这称为当波长变短，辐出度趋于无穷大。这称为 “紫外灾难。由于实际与实验之间的不可紫外灾难。由于实际与实验之间的不可调和性，给物理学界带来很大困难。调和性，给物理学界带来很大困难。 正如正如19001900年开耳文指出的晴朗的物理年开耳文指出的晴朗的物理学实际大厦上空，飞来学实际大厦上空，飞来“两朵乌云之一，两朵乌云之一，它动摇了经典物理的根底。它动摇了经典物理的根底。 1900年德国物理学家普朗克为了得到与实验曲线相一致的公式，在维恩位移定律和瑞利-金斯公式之间用内插法建立一个普遍公式，提出了

8、一个与经典物理学概念截然不同的“能量子假设：能量是分立的，不是延续的。. .金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或发射电磁波辐射能时与振振子，它吸收或发射电磁波辐射能时与振子的频率成正比的能量子子的频率成正比的能量子 h h 为根本单元为根本单元来吸收可发射能量。来吸收可发射能量。. .空腔壁上带电谐振子所吸收或发射的能空腔壁上带电谐振子所吸收或发射的能量是量是 h h 的整数倍。的整数倍。nhE3 ,2 ,1nsJ10626.634h普朗克常数普朗克常数 当带电谐振子与当带电谐振子与周围电磁场交换能量周围电磁场交换能量时放出能量以量子方时放出能量以

9、量子方式进展。式进展。hh2h3h412)(/23kThedchdTM 温度为温度为 T T 的黑体的黑体单位面积上频率在单位面积上频率在 +d +d 范围内辐射的范围内辐射的能量为能量为 普朗克在普朗克在19001900年年1010月月1919日德国物理日德国物理学会说学会说“即使这个辐射公式能证明是绝对即使这个辐射公式能证明是绝对准确的，但是假设仅仅是一个侥幸猜测出准确的，但是假设仅仅是一个侥幸猜测出来的内插公式，那么它的价值也是有限的来的内插公式，那么它的价值也是有限的。由于提出能量子假设，为此获。由于提出能量子假设，为此获19181918年年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。12)(/5

10、3kThcedhcdTM这个公式不仅与实验结果相符合，而且也这个公式不仅与实验结果相符合，而且也处理了在经典热力学中固体比热与实验不处理了在经典热力学中固体比热与实验不符的问题。符的问题。例：设有一音叉尖端的质量为例：设有一音叉尖端的质量为 0.050kg 0.050kg，将其频率调到将其频率调到 =480Hz =480Hz，振幅，振幅 A=1.0nm A=1.0nm。 求：尖端振动的量子数。求：尖端振动的量子数。解：解： 振动能量为振动能量为221kAE2221Am 22)2(21AmJ227.0由由nhEhEn291013.74801063.6227.034 在实验室或工厂的高温炉子上开一小在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。性，就可以确定炉内的温度。高温炉高温炉灯丝灯丝目镜目镜聚焦透镜聚焦透镜高温炉高温炉灯丝灯丝目镜目镜聚焦透镜聚焦透镜调理调理R R，当灯丝温度，当灯丝温度 炉温时，灯