《普朗克黑体辐射理论》课件

第四章原子结构和波粒二象性4.1普朗克黑体辐射理论目录CONTENTS1

学习目标2

新课导入3

新课讲解4

课堂小结5

典例分析当堂小练61.了解黑体及黑体辐射的概念。2.了解黑体辐射的实验规律。3.知道能量子概念,能说出普朗克提出的能量子假说内容。4.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。学习目标一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？向远处观察打开的窗子近似黑色。新课导入一、黑体与黑体辐射不透明材料制成的带小孔的空腔空腔上的小孔物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为黑体。新课讲解研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。加热空腔使其温度升高，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。空腔平行光管三棱镜二、黑体辐射的实验规律辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。一般物体与黑体的比较项目热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波,不反射现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。经典物理学所遇到的困难

解释实验曲线——一朵令人不安的乌云（1）维恩的半经验公式：短波符合，长波不符合。（2）瑞利—金斯公式：长波符合，短波荒唐。——紫外灾难19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”这两朵乌云是指什么呢？黑体辐射实验迈克尔逊-莫雷实验普朗克量子力学的诞生相对论问世量子力学相对论微观领域高速领域经典力学三、能量子：超越牛顿的发现普朗克能量子假设1.辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：E＝nε，n＝1，2，…；2.ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化；3.黑体中振动的分子、原子可看作谐振子（振动的微粒），谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；4.对于频率为ν的谐振子（其辐射的电磁波频率也为ν），最小能量为：ε＝hν。h＝6.626×10－34J·s——普朗克常量能量经典量子普朗克能量子理论成功解释黑体辐射黑体辐射公式1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式。Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。死后他的墓碑上只刻着他的姓名和h＝6.626×10－34J·s。年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为hv，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子(photon)。能量量子化——物理学的新纪元跨出了真正说明物质世界量子性的第一步牛顿以来物理学最伟大的发现之一普朗克黑体辐射理论黑体辐射能量子黑体黑体辐射的特点黑体辐射的实验规律定义能量量子化的意义课堂小结【例题1】(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体CD典例分析解析：黑体自身辐射电磁波，看起来还会很明亮（如太阳），所以黑体不一定是黑的，A项错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关，B错误，C正确；电磁波最终不能从空腔射出，因此这个带小孔的空腔就近似为一个黑体（严格意义上应该是小孔），D正确。【例题2】下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）A随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知选项A正确。解析：【例题3】(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（）A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B.能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的ABC解析：

能量子假说认为，物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，A、B、C正确。学以致用·随堂检测全达标1.下列说法正确的是(

)A．能量子与电磁波的频率成反比B．电磁波波长越长，其能量子越大C．微观粒子的能量是不连续(分立)的D．能量子假说是由爱因斯坦最早提出来的答案：C

2．(多选)关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是(

)A．一般材料物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动答案：BCD解析：一般材料物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故A说法错误．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，故B说法正确．根据量子化的理论，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，故C说法正确．根据量子化的理论，黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D说法正确．3．关于黑体辐射强度与波长的关系，图中正确的是(

)答案：B解析：根据黑体辐射的实验规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，故黑体辐射强度与波长的关系图线不会有交点，故C、D错误；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，故A错误，B正确．4．我国高铁技术、北斗卫星导航系统、5G通信技术，目前处于世界领先水平．与4G相比，5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点．与4G相比，5G使用的电磁波(

)A．波长更长

B．能量子的能量更小C．能量子的能量更大

D．传播速度更快答案：C

5．2017年，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm(1nm＝10－9

m)附近连续可调的世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲．“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极