unit29光的量子性市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

§4光量子性4.1普郎克公式能量子*4.1.1热辐场定量描述热辐射*

热辐射是因为物体含有温度所产生辐射，又称温度辐射，与温度亲密相关，不一样温度物体发出热辐射谱不一样。

炉子里煤火发出红光及大量不可见红外光(500℃),伴随温度升高,光强度逐步增大,颜色也由暗红变为橙色以至刺眼白光，白光中除红光，红外光外还有大量波1/25长较短黄光，绿光以及紫光。总之，温度越高物体，热辐射谱中包含短波成份越多，辐射总能量也就越多。

总之,热辐射普通特征:

(1)伴随温度升高,辐射总功率增大;

(2)强度在光谱中分布由长波向短波转移。

2/25物体和物体之间空间中总存在一定辐射场,即各种频率电磁波,每个物体经过发射和吸收过程与周围辐射场交换能量。为了定量描述辐射场和它与物体间发生各种能量转移过程,引入一系列物理量:辐射能量分布函数--t时刻空间处单位体积内频率附近单位频率间隔内、方向为轴单位立体角内辐射场能量。3/25则t、处单位体积内，分布在附近，区间内，以为轴立体角元内能量为（1）描述辐射场本身物理量：

(a)辐射场能量密度（单位体积内辐射能）及其谱密度若辐射场均匀，与无关；稳恒，与无关；各向同性，与无关。(1)v4/25(2)(3)(各向同性时)单位：

5/25显然：意义是处，t时刻单位体积内频率为辐射向空间（各方向）辐射能量，即单一频率能量密度。(4)(5)(b)辐射场亮度（方向单位立体角内辐射能流密度）及谱密度6/25显然，物理意义为：方向单位立体角内频率为辐射能流密度，即处，t时刻，方向单位时间内经过单位立体角频率为辐射能量。（c）经过面元辐射能量及其谱密度(6)单位:7/25(7)(各向同性时)单位：瓦（W）物理意义：即处，时刻，单位时间内经过面元全部立体角内频率为辐射能量。

8/25(2)描述辐射场与物体间能量交换关系物理量*(8)或

（a）辐射本事（从物体表面单位表面积发出辐射通量）及其谱密度9/25（9）也称为辐射本事或谱密度，为物体表面单位面积所发射出频率附近单位频率间隔辐射功率（通量）

（b）辐射照度（照射在物体表面单位面积上辐射通量）及其谱密度单位：

10/25(10)(11)为照射在物体表面单位面积上频率为辐射通量。比较在各向同性情形下，

单位：

11/25(12)（c）吸收本事(13)、分别是照射在物体上和被它吸收辐射通量谱密度，无量纲。12/254.1.2基尔霍夫定律

下面我们主要研究热平衡态下辐射场：在试验发觉基础上，理论研究也活跃起来了，总结试验发觉经验定律也就相继提出来了。1859年，德国物理学家基尔霍夫依据对放在一个封闭容器内几个物体处于热平衡时，各物体在单位时间内放出热量等于吸收热量这一试验结果，得出以下结论：

在相同温度（）下，同一频率（波长）辐射本事与吸收本事之比对于全部物体都是相同，是一个取决于频率（波长）和温度函数。13/25（14）是一个与物质性质无关普适函数。平衡态下从每个物体单位面积上发出能量和吸收能量相等，即由（12）式得：当物体吸收本事，就是该物体辐射本事。

14/254.2黑体辐射普朗克公式4.2.1热辐射由温度决定物体电磁辐射叫热辐射。

基尔霍夫把=1理想物体定义为绝对黑体。绝对黑体辐射本事用表示，。所以对研究就成为寻找关键。绝对黑体辐射本事为：这便是基尔霍夫定律。15/25辐射和吸收到达平衡时，物体温度不再改变，此时物体热辐射称为平衡热辐射。物体辐射电磁波同时，也吸收电磁波。物体辐射本事越大，其吸收本事也越大。室温高温吸收辐射白底黑花瓷片不辐射可见光时，黑花吸收大，反射少所以暗辐射可见光时，黑花吸收大，辐射大所以变亮16/25温度越高，辐射本事越大。另外，辐出度还与材料性质相关

物体热辐射温度材料性质说明辐射本事与谱密度之间关系为c为真空中光速17/254.2.2黑体辐射能全部吸收各种波长辐射且不反射和透射物体黑体辐射特点:

与同温度其它物体热辐射相比，黑体热辐射本事最强煤烟约99%黑体模型黑体热辐射温度材料性质绝对黑体(黑体)18/25(1)黑体辐射试验5000K6000K3000K4000K4.2.3黑体辐射性质黑体热辐射能谱曲线0.51.01.52.01050

(10-7

×

W/m2·m)

(

m)19/25(2)斯忒藩——玻耳兹曼定律式中即黑体辐射本事RT与绝对温度T

4

成正比.5000K6000K3000K4000K单位面积单位时间发出各种波长热辐射总能量0.51.01.52.01050(10-7

×

W/m2·m)

(

m)20/25测定了物体热辐射总能量，就可由上式确定物体温度。斯忒藩——玻耳兹曼定律应用红外测温仪21/25(3)维恩位移定律峰值波长

m

与温度T成反比5000K6000K3000K4000K比如:估算太阳表面温度为

0.51.01.52.01050

(10-7

×

W/m2·m)

(

m)22/254.2.4经典物理解释及普朗克公式瑞利—金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)长波范围与试验符合，而在短波范围内不符合——“紫外灾难”短波范围与试验符合，而在长波范围内不符合普朗克公式(1900年)与试验符合

试验曲线23/25

普朗克公式得来,起初是半经验,即利用内插法将适合用于短波维恩公式和适合用于长波瑞利—金斯公式衔接起来,在得到了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它为解释这一公式，普朗克提出了能量量子化假设普朗克公式

试验曲线24/25电磁波普朗克能量子假设

若谐振子频率为v，则其能量是普朗克