【物理】普朗克黑體輻射理論 2023-2024學(xué)年高二下人教版（2019）選擇性必修第三冊

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第1節(jié)普朗克黑體輻射理論

一、熱輻射1.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→黃白色鐵塊隨著溫度升高：

2.原因：物體分子無規(guī)則運動，輻射電磁波。3.特點：物體溫度高，輻射能量本領(lǐng)強，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

二、黑體與黑體輻射1、黑體：如果一個物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波，而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。2、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。黑體是理想化模型3、對黑體的理解：絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如果在一個空腔壁上開一個小孔，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，這個小孔就成了一個黑體。

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看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，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。4、黑體輻射的特點：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度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。5、一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收，又反射，其能力與材料的種類及入射光波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射為什么要研究黑體輻射？黑體沒有反射的電磁波。黑體輻射規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)。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)。

三、黑體輻射的實驗規(guī)律1、黑體輻射的實驗規(guī)律：(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。(2)溫度升高，各種波長的輻射強度都增加；(3)溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能2、黑體輻射兩種經(jīng)典解釋3、普朗克的發(fā)現(xiàn)

1900年10月，普朗克找到了一個數(shù)學(xué)公式，它與實驗吻合得非常完美。

普朗克嘗試從電磁學(xué)、力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)等物理學(xué)的基本理論出發(fā)，把這個公式推導(dǎo)出來。普朗克發(fā)現(xiàn)，如果想推導(dǎo)出這個公式，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。

維恩公式和瑞利-金斯公式，其實就是普朗克公式的特殊情況。

四、能量子1.定義：普朗克認(rèn)為，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，他把這個不可再分的最小能量值ε

叫作能量子。3、能量的量子化：在微觀世界里能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，

即是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。2、表達(dá)式：（普朗克能量子假說）——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)量子：不可分割的基本個體分立：不連續(xù)的比喻：電磁波就好象是機關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。黑體中振動的微粒只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。E=nεn=1,2,…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一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。經(jīng)典量子連續(xù)分立4、對能量子的理解5、普朗克量子化理論的意義(1)破除“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)思想，是物理新思想的基石之一.(2)開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ).(3)標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識從宏觀進(jìn)入微觀領(lǐng)域.1．如圖所示是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖象，則下列說法錯誤的是（

B

）A．T1>T2B．黑體輻射電磁波的強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．普朗克提出的能量量子化理論很好的解釋了黑體輻射的實驗規(guī)律D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，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，這個小孔就成了一個黑體。2．關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說法正確的是（

AD）A．認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的B．認(rèn)為能量值是連續(xù)的C．認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D．認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的3.以下宏現(xiàn)概念中，哪些是“量子化”的（

D

）A.

物體的長度B.

物體所受的重力C.

物體的動能D.

學(xué)生的個數(shù)4.紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是（

A

）A.

紅光B.

橙光C.

黃光D.

綠光

課堂小結(jié)1.黑體：物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。2.黑