高中物理人教版2019选择性必修第三册4.1普朗克黑体辐射理论（共23张ppt）

(共23张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
第四章 原子结构和波粒二象性
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：
机械运动方面：
在分子物理方面：
成功囊括了天上地下的物体运动规律
电磁学方面：
成功地解释了温度、压强、气体的内能
力、电、光、声等都遵循的规律:
能量转化与守恒定律。
以至于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。
建立了解释一切电磁现象的麦克斯韦方程组
1900年,在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名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。 ----开尔文
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面再加几位罢了！ 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？
一朵与黑体辐射有关，
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村
一朵与迈克尔逊实验有关。
思考与讨论：
煤油灯、白炽灯以及太阳都是通过向外辐射可见光使人们看到它们！煤油灯光很昏暗，白炽灯光较亮，太阳光非常刺眼。为什么呢？
说明物体能向外发光
第1节 普朗克黑体辐射理论
温度越高的物体发出的光也越强
常温下看到物体的颜色是因为物体反射光所致，也不是热辐射
高温物体主要发出的是紫外光，
一、热辐射
1.定义：
2.特点：
任何物体任何温度均存在热辐射，
低温物体主要发出的是红外光
炽热物体主要发出的是可见光，
激光、日光灯发光不是热辐射，
一切物体都向外辐射电磁波(光也是一种电磁波),
这种辐射与温度有关，所以叫热辐射
一般物体的热辐射还与材料种类、表面状况等有关
注意：
而黑色的物体则是吸收了所有的光不反射
第1节 普朗克黑体辐射理论
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，就称为绝对黑体，简称黑体
3.黑体：
②黑体的热辐射只与黑体的温度有关
一、热辐射
1.定义：
2.特点：
①黑体是一种理想化模型，在自然界中并不存在完全理想的黑体。带空腔的小孔可近似看做黑体
注意：
带小孔的空腔
③黑体不黑
第1节 普朗克黑体辐射理论
思考：观察远处打开的窗子是什么颜色
窗户近似黑体
实验装置
二、黑体辐射
T
平行光管
三棱镜
T
黑体
一、热辐射
加热
第1节 普朗克黑体辐射理论
0 1 2 3 4 5 6
λ/μm
辐射强度
1700K
1500K
1300K
1100K
实验结果
二、黑体辐射
一、热辐射
1.实验结果：
(1)温度越高，黑体辐射各种波长的辐射强度会 。
增加
(2)温度越高，辐射强度的极大值向波长 的方向移动。
较短
1700K
1500K
1300K
1100K
0 1 2 3 4 5 6
λ/μm
辐射强度
第1节 普朗克黑体辐射理论
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
------一朵令人不安的乌云
实验
瑞利公式
维恩公式
2.实验解释：
维恩公式:
短波适合;长波不符合
瑞利公式:
长波适合; 短波荒唐
瑞利公式被称做：紫外灾难
二、黑体辐射
一、热辐射
1.实验结果：
第1节 普朗克黑体辐射理论
普朗克仔细分析了黑体辐射，提出了要想让公式和实验结果相符，那么只要认为：黑体辐射或吸收电磁波时的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。振动着的能量只能是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
对于频率为ν的电磁波最小能量为
能量
量子
经典
普朗克
h后来被称为普朗克常量
λ(μm)
1 2 3 5 6 8 9
4
7
普朗克曲线
实验值
1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
普朗克
The Nobel Prize in Physics 1918
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Germany
Berlin University
Berlin, Germany
1858 - 1947
普朗克
1858年4月23日出生于德国基尔。1874—1879年先后在慕尼黑大学、柏林大学就读，并获得博士学位。1880—1926年先后在慕尼黑大学、基尔大学、柏林大学任教，1926年被选为英国皇家学会会员，1947年10月逝世于哥廷根。
主要成就：1900年提出量子假说，为了解释黑体辐射现象，他提出粒子能量永远是hv的整数倍，E=n hν，其中ν是辐射频率，h为新的物理常数，后人称为普朗克常数，这一创造性的工作使他成为量子理论的奠基者，在物理学发展史上具有划时代的意义。他第一次提出辐射能量的不连续性，著名科学家爱因斯坦接受并补充了这一理论，以此发展自己的相对论，波尔也曾用这一理论解释原子结构。
量子假说使普朗克获得1918年诺贝尔物理奖。
1918年获诺贝尔
物理奖
M.(Mar Karl Ernst Ludwig Planck
(1858—1947)
普朗克
趣闻轶事
普朗克走上研究自然科学的道路，在很大程度上应该归功于一个名叫缪勒的中学老师。普朗克童年时期爱好音乐，又爱好文学。后来他听了缪勒讲的一个动人故事：一个建筑工匠花了很大的力气把砖搬到屋顶上，工匠做的功并没有消失，而是变成能量贮存下来了；一旦砖块因为风化松动掉下来，砸在别人头上或者东西上面，能量又会被释放出来，……这个能量守恒定律的故事给普朗克留下了终生难忘的印象，不但使他的爱好转向自然科学，而且成为他以后研究工作的基础之一。
实验
瑞利公式
维恩公式
2.实验解释：
维恩公式:
短波适合;长波不符合
瑞利公式:
长波适合; 短波荒唐
二、黑体辐射
一、热辐射
1.实验结果：
普朗克公式:
完美契合
第1节 普朗克黑体辐射理论
课堂练习
例1 关于黑体辐射电磁波的强度与波长的关系,图中正确的是(　　)
图4-1-1
B
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
例2.(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
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
课堂练习
例3.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=0.01 W,设其发光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s.求:
(1)萤火虫每秒钟辐射的光子数;
(2)在距离荧烛为d=1.0×104 m处,每秒钟落在垂直于光线方向1 cm2面积上的光子数.
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
[答案] (1)5×1016个　(2)4×103个
例4.(能量子应用)“神光Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的大功率固体激光系统,利用它可以获得能量为2400 J、波长λ为0.35 μm的一束紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,求该束紫外激光所含的光子数.(结果保留一位有效数字)
[答案]4×1021个
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