4.1 普朗克黑体辐射理论 课件（21张PPT）

(共21张PPT)
第四章 原子结构和波粒二象性
第1节 普朗克黑体辐射理论
问题引入
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“量子围栏”。人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
一、黑体与黑体辐射
1.黑体
如果某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。
2.黑体辐射
黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫做黑体辐射。
黑体辐射的特点：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。
注意：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。
太阳，白炽灯灯丝近似当做黑体
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。
二、黑体辐射的实验规律
黑体辐射谱
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
温度升高：
①各种波长的辐射强度都增加
思考：怎样解释黑体辐射的实验规律呢
+
-
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1.黑体辐射的理论解释
带电微粒→震动→变化的电磁场
（电磁辐射）
物体中存在带电微粒
直接找规律有点儿困难，科学家打算结合理论来寻找这个公式。
2.维恩、瑞利——金斯的解释
①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很大。
②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。
提出辐射强度按波长分布的理论公式
3.普朗克的解释
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。
三、能量子
组成黑体的振动着的帯电微粒的能量，只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε…这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍。
ε 叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
ε=hν
h：普朗克常量，h=6.626×10-34J/s
普朗克
ν：电磁波的频率
普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。
弹簧振子
能量
量子
经典
→能量值是连续的
普朗克的假设则认为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。
1900年普朗克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。普朗克本人因此获得1918年诺贝尔物理学奖。
《探索的动机》——爱因斯坦
1918年，在普朗克60岁生日宴会上，爱因斯坦发表了题为《探索的动机》的著名演讲。
普朗克和爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家。
1918年获得诺贝尔奖时的纪念照
普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式，创立能量子概念。
普朗克的另一个鲜为人知伟大的贡献是推导出玻尔兹曼常数k
1931年，五位诺贝尔得主齐聚一堂，左二和中间两位分别是爱因斯坦和普朗克。
课堂小结
二、能量子
定义
大小
意义
一、黑体与黑体辐射
定义
特点
实验规律
课堂练习
1.以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A.物体的长度 B.物体所受到的重力
C.物体的动能 D.人的个数
2.在一杯开水中放入一支温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度开看开水的能量时一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
开水向外辐射的每一份能量很小，而水降低1℃释放的能量很大，由于温度计精确度不够，所以观察的到的温度计温度不是一段一段地降低.
D
y
x
λ
T
3.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围400~760nm.
400nm、700nm电磁波辐射的能量子 的值是多少？
（1nm=10-9m）
解：因为光速为c，所以
ｖ
λ=400nm时，
λ=760nm时，
4.红、橙、黄、绿四种单色光，能量最小的是 （ ）
A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光
5.关于黑体、黑体辐射的叙述，正确的是 （ ）
A.黑体就是看上去是黑色的物体
B.看起来明亮的物体，有时也可以当作黑体
C.只有温度高的物体才发生热辐射
D.一切物体都能发生热辐射
A
BD
6.下列说法正确的是（　　）
A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波
B．光的波长越长，光子的能量越大
C．光的波长越短，越容易发生衍射
D．在光的干涉中，明条纹的地方是光子到达概率大的地方
D
7.新冠肺炎防控中有一个重要环节是对外来人员进行体温检测，检测用的体温枪工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知下列描述正确的是（　　）
A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．温度降低，可能部分波长的辐射强度会减小
C．随温度升高，辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
A