普朗克黑体辐射理论（高中物理教学课件）完整版

第26章原子结构和波粒二象性01.普朗克黑体辐射理论图片区十九世纪末期，经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理理论已经形成。1900年初开尔文勋爵在皇家学会的新年致辞中总结说：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在光的波动理论上（以太理论），第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上（黑体辐射）。”一.黑体与黑体辐射1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射2.黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体3.黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射注意：①一般物体辐射与温度、材料、表面状况（形状）有关②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。二.黑体辐射的实验规律利用分光技术和热电偶等设备，可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。1.黑体辐射的实验规律：随着温度的升高：①各种波长的辐射强度都增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2.黑体辐射的解释：德国物理学家维恩：在1896年，维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离较大；英国物理学家瑞利：在1900年，瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，甚至会引起“紫外灾难”。德国物理学家普朗克：1900年10月，普朗克公式与实验吻合得非常完美。二.黑体辐射的实验规律1.1900年底普朗克假说：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……他把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的表达式为：ε＝hν。ν：带电微粒吸收或辐射电磁波的频率h：普朗克常量，h＝6.62607015×10-34J·s，一般取h＝6.63×10-34J·s借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。三.能量子2.宏观物体能量与微观粒子能量区别：宏观物体的能量是连续的，微观粒子的能量是量子化的。这是微观与宏观世界物理规律最重要的差别之一。因此，普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。三.能量子例1.关于黑体辐射电磁波的强度与波长的关系，下图中正确的是(

)ABCD例2.（多选）以下宏观概念中，哪些是“量子化”的()A.物体的带电荷量 B.物体的质量C.物体的动量 D.学生的个数BAD例3.(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是()A.T1>T2B.T1<T2C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动例4.下列叙述错误的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波ADB例5.(热辐射的规律)图为黑体辐射电磁波的强度与波长的关系图像,从图像可以看出,随着温度的升高,则(

)A.各种波长的辐射强度都有减少B.只有波长短的辐射强度增加C.辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D.辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D例6.太阳光含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，对这七种色光的认识正确的是（）A.紫光的波长最长B.红光的能量子最强C.七种色光的能量均相同D.紫光的能量子最强例7.两束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量之比和波长之比分别为（）A.4∶5

4∶5 B.5∶4

4∶5C.5∶4

5∶4 D.4∶5

5∶4DD例8.一盏电灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为λ＝6.0×10-7m，普朗克常量为6.63×10-34J·s，光速为3×108m/s，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为（）A.2.4×1017个 B.2.4×1016个C.2.4×1015个 D.2.4×1010个例9.(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的（）A.是紫外线 B.是红外线C.光子能量约为1.3×10-18JD.光子数约为每秒3.8×1016个ABD例10.萤火虫是一种能发光的小昆虫,我国古代有人叫它“夜照”.萤火虫主要生活在树丛中、小河边.夏天的夜晚,它在空中飞来飞去,尾部那黄绿色的光点一闪一闪的,像一盏盏小灯笼.通常情况下灯泡只有10%的功率用以发光,其余的90%全都转化成热浪费了.而萤火虫却不发热,可以使其功率全部用以发光.若萤火虫发光的功率P=0.01W,设其发光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6m,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速