郝16-1黑体辐射 普朗克能量子假说1

第六篇量子力学简介第十六章从经典物理到量子物理微观世界运动规律的重大实验发现第十七章量子力学基础微观世界运动规律的基本描述方法第十六章从经典物理到量子物理光电效应爱因斯坦光量子论原子结构与原子光谱玻尔的量子理论黑体辐射普朗克能量子假说MaxPlanck普朗克1858-1947第一节黑体辐射ss16-1普朗克的能量子假说物理学晴朗天空的两朵乌云迈克尔孙—莫雷实验；黑体辐射；光速不变狭义相对论能量量子化量子力学热辐射一、黑体的热辐射任何物体在任何温度下都能辐射电磁波物体辐射能量的多少辐射能量按波长的分布一定时间内与物体的温度有关这种与温度有关的辐射称为热辐射火炉600度1000度400度热辐射的是电磁波！定性图述辐射能随温度和波长变化的描述：某铁球单位时间单位面积发射的辐射能随铁球的温度变化其辐射能按波长的分布情况亦发生变化炽热状态温度逐渐下降l可见光红外线紫外线波长曲线覆盖面积表示单位时间、单位面积发射的各种波长的总辐射能应用：红外测试技术神6夜视红外神舟6号返回仓减速降落夜视红外照片红外夜视广泛应用于现代技术红外夜视仪拍摄的照片（热像仪）汽车红外夜视仪续上物体的辐射能的来源TT自身辐射我们研究的对象是物体自身辐射能量的波长分布与物体温度的关系实际上很难找到只有辐射而没有反射的物体（1）外来辐射的反射（2）物体自身辐射外来各种波长的辐射能反射吸收要研究物体的辐射规律（对入射辐射100%吸收的物体）——只有辐射没有反射的实验物体——黑体黑体空腔实验模型黑体实验模型黑体的实验模型开一小孔通过小孔进入腔内的辐射能几乎全被腔壁吸收反射回小孔出射的机会极少，小孔表面好比黑体（吸收全部入射的辐射能而无反射）对空腔加热至某热平衡温度对空腔加热至某热平衡温度从小孔表面出射的就是处于某一热平衡温度的T实验物体的辐射能，进而探索其能谱分布规律。不透明材料空腔不透明材料空腔T（只有辐射没有反射的实验模型）黑体辐射测量二、黑体热辐射的实验规律黑体热辐射测量系统示意图T黑体（小孔表面）集光透镜分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开。转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体的辐射能力按波长的分布特性。辐射强度波长Ol3l2l1分光元件会聚透镜探头平行光管至记录仪单色辐出度Ml()T单色辐出度lddMl()T黑体的的辐射能黑体单位时间单位面积单位波长描述黑体热辐射强度的物理量（辐射出射强度）（单色辐射出射强度）辐出度单色辐出度Ml()TM()TlOMl()TdMl()T黑体单位时间单位面积l+ll~d在微区域的辐射能温度为时,Tlldlld+Ml()T08dlM()T辐出度黑体的即曲线覆盖的总面积的辐射能黑体单位时间单位面积M()T黑体实验规律黑体的单色辐出度Ml()T波长l123450106m黑体辐射的实验规律M()T2000K()MT1750KM()T1500KM()T1000K黑体的辐出度()MT84T()MT4Ts08dlMl()T斯特藩-玻耳兹曼定律5.67×10-8W·m·K-2-4=s黑体单色辐出度的峰值波长lm随的升高而向短波方向移动TlmTb维恩位移定律=2.898×10b-3m·Klm重要应用：红外测温仪结论：物体的幅出度与温度的4次方成正比！经典理论困难三、经典理论的困难黑体的单色辐出度Ml()T波长l123450106m实验曲线1维恩按经典热力学理论理论计算结果，在长波区偏差很大.2瑞利-金斯按电磁学理论计算结果，短波区偏差很大。到紫外区甚至发散为无穷大.经典物理竟然得出如此荒唐的结论,被称为紫外灾难,,,,(当时又被看作是经典物理晴空中的的实验得到,,,,零结果)两朵乌云之一另一朵乌云是寻找以太1维恩理论线2瑞利-金斯理论线1896年,维恩根据经典热力学得出：短波吻合较好,长波相差很大。获得1911年诺贝尔物理学奖1900年,瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论(驻波法)得出：只适于长波，有所谓的“紫外灾难”。经典理论的解释黑体的单色辐出度Ml()T波长l123450106m1维恩理论线2瑞利-金斯理论线实验曲线维恩经典热力学解释：短波吻合较好,长波相差很大。黑体的单色辐出度Ml()T波长l123450106m1维恩理论线2瑞利-金斯理论线实验曲线黑体辐射ss16-1普朗克的能量子假说一、黑体的热辐射三、经典理论的困难二、黑体热辐射的实验规律物体热辐射的是电磁波！Ml()T的辐射能黑体单位时间单位面积单位波长T()MT4Ts08dlMl()T斯特藩-玻耳兹曼定律lmTb维恩位移定律黑体的实验模型——开小孔的空腔为了研究只有辐射的物体——黑体瑞利和琼斯电磁理论解释：长波较好，短波很差！紫外灾难！普朗克假说四、普朗克的能量子假说组成黑体腔壁的分子或原子可视为带电的线性谐振子；这些谐振子和空腔中的辐射场相互作用过程中吸收和发射的能量是量子化的，只能取一些分立值e,e2,,ne；n称为频率为的谐振子，吸收和发射能量的最小值能量子（或量子）ehn。称为普朗克常量6.63×10h34Js1900年12月24日，普朗克在《关于正常光谱的能量分布定律的理论》一文中提出能量量子化假设，量子论诞生。MaxPlanck普朗克1858-1947T普朗克公式1el5kT2pc2hhcl1M()Tl按照普朗克能量子假说，普朗克导出了一个描述黑体单色辐出度分布规律的数学公式ck光在真空中的速率玻耳兹曼常量普朗克常量数值为6.63×10J·s很快被检验,并公认与实验结果相符。-34h黑体的单色辐出度Ml()T波长l123450106m实验曲线1维恩理论线2瑞利-金斯理论线普朗克公式线普朗克公式与实验曲线完美符合（当晚）理论曲线波长l123450106m12341000K1750K15