普朗克黑體輻射理論（教學(xué)課件）（人教版2019選擇性必修第三冊）

第1節(jié)普朗克黑體輻射理論第四章

人教版

選擇性必修第三冊熱輻射01黑體與黑體輻射02黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律03能量子04新課導(dǎo)入量子論使人們認(rèn)識了微觀世界的運(yùn)動規(guī)律，并發(fā)展了一系列對原子、分子等微觀粒子進(jìn)行有效操控和測量的技術(shù)。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個(gè)鐵原子排成的“原子圍欄”。那么，人們認(rèn)識量子規(guī)律的第一步是怎樣邁出的？為什么測溫槍不直接接觸人體，就可測量人體體溫？想一想熱輻射PART01⑴定義：任何物體在任何溫度下都會輻射電磁波的現(xiàn)象。(熱傳遞的三種方式之一)（這種輻射是由物體的原子、分子受激發(fā)產(chǎn)生的，與溫度有關(guān)，故稱為熱輻射）投在爐中的鐵塊800K1000K1200K1400K不發(fā)光→暗紅→赤紅→橘紅→黃白色例如，鐵塊隨著溫度升高：

1、熱輻射⑵原因:物體分子無規(guī)則運(yùn)動，輻射電磁波。⑶特點(diǎn):物體溫度高，輻射能量本領(lǐng)強(qiáng)，電磁波的短波成份多，長波成份少。（各種波長都有）注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射1、熱輻射TT外來各種波長的輻射能反射某些波長的輻射能（隨物而異）吸收某些波長的輻射能（隨物而異）（故也隨物而異）發(fā)射各種波長的熱輻射能對熱輻射規(guī)律的研究顯得較復(fù)雜不透明體度于某一溫處熱平衡狀態(tài)：物體的溫度恒定時(shí)，物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量，這時(shí)得到的輻射稱為平衡熱輻射。2、實(shí)際熱輻射的復(fù)雜性紅外成像探測鈾礦紅外夜視儀紅外測溫?zé)彷椛涞膽?yīng)用紅外照相黑體與黑體輻射PART02TT外來各種波長的輻射能無任何反射能全部吸收各種波長的輻射能發(fā)射各種波長的熱輻射能不透明體度于某一溫處假設(shè)有這樣一種物體這種假設(shè)的物體稱為黑體不透明體

如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長（不僅是可見光）的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。----理想模型1、黑體（1）黑體輻射的特征：研究表明,對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。不透明材料制成的帶小孔的空腔（2）對黑體的理解：絕對的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對黑體。2、黑體輻射(1)熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時(shí)輻射弱，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)。(2)黑體是一個(gè)理想化的物理模型，實(shí)際不存在。(3)黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被看作黑體來處理。3、特別提醒：【例題】(多選)關(guān)于對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是（）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)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(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，最終不能從空腔射出，這個(gè)帶小孔的空腔就近似為一個(gè)黑體CD小試牛刀黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律PART03實(shí)驗(yàn)器材黑體（小孔表面）T集光透鏡平行光管分光元件會聚透鏡及探頭

分光元件（如棱鏡或光柵等）將不同波長的輻射按一定的角度關(guān)系分開，轉(zhuǎn)動探測系統(tǒng)測量不同波長輻射的強(qiáng)度分布。再推算出黑體單色輻出度按波長的分布。

加熱空腔使其溫度升高，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。測量黑體輻射的實(shí)驗(yàn)原理：輻射強(qiáng)度:單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖所示。(1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。(2)溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；(3)溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。1、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律+-+-+-帶電微?！饎印兓碾姶艌鑫矬w中存在帶電微粒直接找規(guī)律有點(diǎn)兒困難，科學(xué)家打算結(jié)合理論來尋找這個(gè)公式。黑體輻射的理論解釋⑴短波符合；長波不符合。⑵長波符合；短波荒唐----紫外災(zāi)難。德國物理學(xué)家維恩根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)，在1896年提出了一個(gè)輻射強(qiáng)度隨波長及溫度變化的半經(jīng)驗(yàn)公式——維恩公式。根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)與電磁學(xué)，物理學(xué)家瑞利在1900年也提出了一個(gè)理論公式，后經(jīng)金斯改進(jìn)，合稱瑞利-金斯公式。維恩線瑞利-金斯線

在紫外線一端，當(dāng)波長趨于0時(shí)，輻射本領(lǐng)將趨于無窮大．這種情況被人們稱為“紫外災(zāi)難”。2、黑體輻射兩種經(jīng)典解釋普朗克公式

1900年10月，普朗克找到了一個(gè)數(shù)學(xué)公式，它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。普朗克嘗試從電磁學(xué)、力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等物理學(xué)的基本理論出發(fā)，把這個(gè)公式推導(dǎo)出來。維恩公式和瑞利——金斯公式，其實(shí)就是普朗克公式的特殊情況。

普朗克發(fā)現(xiàn)，如果想推導(dǎo)出這個(gè)公式，就必須假定：組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。3、普朗克對黑體輻射理論解釋【例題】下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是（）A小試牛刀能量子PART04

普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε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ε叫做能量子。能量子（普朗克能量子假說）——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)1、定義宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個(gè)一個(gè)的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運(yùn)動的軌道半徑。經(jīng)典量子連續(xù)分立能量子理解(1)輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，它們的能量是能量子的整數(shù)倍

(2)諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。對于頻率為

的諧振子，最小能量為：ε=h

稱為一個(gè)能量子。能量量子經(jīng)典2．能量子大小E=nεn=1,2,…ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化①其中ν是電磁波的頻率，波長λ=vT=v/ν,光在真空中λ=c

/ν②h稱為普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。

普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。

普朗克1900年的假設(shè)第一次為人們揭開了微觀世界物理規(guī)律面紗的一角。從此，物理學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的紀(jì)元。普朗克本人因此獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎。

能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式這種假說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)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(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)。3、量子化假設(shè)的意義普朗克一戰(zhàn)封神【例題】(多選)1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時(shí)提出了一個(gè)大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是（）A.物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時(shí)，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B.能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C.能量子假說中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D.能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的ABC小試牛刀人類智商最高的Party現(xiàn)場普朗克量子說康普頓康普頓效應(yīng)19221900190519061912愛因斯坦光子說愛因斯坦量子理論引入固體比熱問題玻爾量子理論引入原子結(jié)構(gòu)典例分析PART05(1)只有高溫的物體才會熱輻射。 (

)(2)熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨溫度的變化而有所不同。 (

)(3)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。 (

)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。 (

)×

√

√

√

(5)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。 (

)(6)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。 (

)(7)入射光照射到金屬表面上時(shí)，光電子幾乎是瞬時(shí)發(fā)射的。 (

)(8)光子發(fā)生散射時(shí)，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。 (

)(9)光子發(fā)生散射后，其波長變大。 (

)×

×

√

×

√

判一判1、(多選)下列敘述正確的是(

)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的電磁波ACD小試牛刀2、下列宏觀概念中，是“量子化”的有（）A.人的身高 B.物體的質(zhì)量C.汽車的速度 D.大象的頭數(shù)D小試牛刀3、(多選)下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法正確的是（）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