(共17张PPT)
4.1普朗克黑体辐射理论
量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
1、热辐射
⑴定义
任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。（热传递的三种方式之一）
⑵原因
物体分子无规则运动，辐射电磁波。
⑶特点
物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有）
2、实际热辐射的复杂性
T
T
外来各种波长的辐射能
反射某些波长的辐射能
（随物而异）
吸收某些波长的辐射能
（随物而异）
（故也随物而异）
发射各种波长的热辐射能
对热辐射规律的研究显得较复杂
不透明体
度
于
某
一
温
处
一、黑体与黑体辐射
T
T
外来各种波长的辐射能
无任何反射
能全部吸收各种波长的辐射能
发射各种波长的热辐射能
不透明体
度
于
某
一
温
处
假设有这样一种物体
这种假设的物体称为黑体
不透明体
1、黑体
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
----理想模型
绝对的黑体是不存在的，但它是研究热辐射的重要理论模型。
值得注意的是实验室常用的黑体经典模型。
一、黑体与黑体辐射
2、黑体的实验模型
对空腔加热
至某热平衡温度
对空腔加热
至某热平衡温度
T
T
通过小孔进入腔内的辐射能反射回小孔出射的机会极小，几乎全部被腔壁吸收。
不透明材料空腔
开一小孔
小孔表面好比黑体
（吸收全部入射的辐射能而无反射）
从小孔表面出射的就是处于某一热平衡温度T的实验黑体的辐射能，进而探索其能谱分布规律。
一、黑体与黑体辐射
3、黑体辐射测量系统示意图
黑体（小孔表面）
T
集光透镜
平行光管
分光元件
会聚透镜及探头
分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体单色辐出度按波长的分布。
二、黑体辐射的实验规律
1、黑体辐射实验规律
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。
发现：随温度的升高
⑴各种波长的辐射强度都在增加；
⑵辐射强度的最大值向短波方向移动
二、黑体辐射的实验规律
⑴短波符合；长波不符合。
⑵长波符合；短波荒唐----紫外灾难。
德国物理学家维恩根据经典热力学，在1896年提出了一个辐射强度随波长及温度变化的半经验公式，维恩公式，得出曲线。
根据经典热力学与电磁学，物理学家瑞利在1900年也提出了一个理论公式，后经金斯改进，合称瑞利-金斯公式，得出曲线。
2、黑体辐射两种经典解释
维恩线
瑞利-金斯线
在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”。
二、黑体辐射的实验规律
3、普朗克对黑体辐射理论解释
普朗克公式
普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。
维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。
普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：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。
三、能量子
不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
其中：ν是电磁波的频率
h是一个常量：普朗克常量
h＝ 6.62607015×10-34 J·s
1、能量子
表达式：
ε＝hν
微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
2、分立和连续
连续的
分立的、量子化的
1
2
3
4
5
6
7
三、能量子
3、宏观世界能量的连续性
宏观世界能量的连续性与微观粒子的能量的量子化，这是宏观世界与微观物理规律最重要的差别之一。
弹簧振子振动能量可以连续变化（振幅可以取任意值），即振动能量的连续性。
例如
阻尼振动的振动能量的连续变化
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。
【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
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。
CD
【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（ ）
解析：
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。
A
【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
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。
ABC
1、下列宏观概念中，是“量子化”的有（ ）
A.人的身高 B.物体的质量
C.汽车的速度 D.大象的头数
能一份份地选取，且只能取整数，不能取小数的量均可以看作“量子化”，如大象的头数，学生个数等，故选项D正确。
D
2、(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射
B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)
C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释
D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释
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，故A正确；黑体的温度升高时，一方面，各种波长的辐射强度都有增加(包括可见光和不可见光)，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释，普朗克提出能量量子理论对黑体辐射的实验规律进行了解释，故C错误，D正确。
ABD
3、多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（ ）
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A、D错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确。
BC
