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24张ppt）

(共24张PPT)
第四章 第1节
普朗克黑体辐射理论
选择性必修 第三册
2022年诺贝尔物理学奖颁给——
法国科学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）
美国科学家约翰·克劳泽（John F. Clauser）
奥地利科学家安东·蔡林格（Anton Zeilinger）
表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所作出的贡献。
什么是量子？
人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
做饭时靠近煤气灶，同学们有什么感觉？
为什么测温枪不直接接触人体，就可测量人体体温？
新课导入
思考与讨论：
新课教学
1、热辐射(热传递的三种方式之一)
定义：
任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象称为热辐射。
（对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。）
投在炉中的铁块
800K
1000K
1200K
1400K
随着温度升高，铁块的颜色如何变化？
不发光→
暗红→
赤红→
橘红→
黄白色
2、黑体
新课教学
吸收某些波长的辐射能
(无反射)
发射各种波长的热辐射能
处于某一温度
如果一个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。
(1)定义：
黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
外来各种波长的辐射能
新课教学
不透明材料制成的带小孔的空腔
2、黑体
(2)理解：
①黑体是个理想化的模型。
课堂练习：判断
1.黑色的物体都是黑体。 （ ）
2.黑体一定是黑色的。 （ ）
3.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。 （ ）
×
×
√
新课教学
②一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。
2、黑体
(2)理解：
可当做黑体的物体：
太阳
问题：为什么要研究黑体辐射？
黑体没有反射的电磁波。
黑体辐射规律只与黑体的温度有关。
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
新课教学
3、测量黑体辐射的实验原理
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。
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。
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
电炉（控制温度）
新课教学
4、黑体辐射的实验规律
特点：
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个 ；
(2)温度升高，各种波长的辐射强度都 ；
(3)温度升高，辐射强度的极大值向波长 的方向移动。
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。
极大值
增加
较短
新课教学
4、黑体辐射实验规律的解释
热力学
电磁学
＋
维恩（德）
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
瑞利
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
短波符合；长波不符合
维恩线
瑞利-金斯线
长波符合；短波不符合
——紫外灾难
经典难以解释！物理学两朵乌云之一！
新课教学
普朗克线
4、黑体辐射实验规律的解释
1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式。
新课教学
5、能量子
辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。
这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量 的整数倍。
线性谐振子量子特性的可视化研究
普朗克把这个不可再分的最小能量值叫作能量子：
普朗克常量：h=6.65×10-34焦耳·秒
频率
新课教学
宏观世界中：
能量可以是任意值，可以连续变化。
微观世界中：
微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子）
5、能量子的理解
能量量子化
经典：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。
量子：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。
经典
量子
连续
分立
新课教学
5、能量子的理解
新课教学
5、量子化假设的意义
普朗克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。
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年荣获诺贝尔物理学奖
普朗克本人也不能正确理解能量子的物理意义。对此，他的心情非常矛盾，一方面直觉告诉他：这个发现不同寻常，另一方面他又总想回到经典理论的立场上去。
新课教学
5、量子化假设的意义
普朗克的能量子假说
经典观念
严重冲击
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。
人们认识量子规律的第一步——
从一个光子说起
1905年，爱因斯坦提出——
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为 ， 为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子 (photon)。
知识总结
1.黑体辐射的实验规律
温度升高，各种波长的辐射强度都增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2.普朗克能量子假说
巩固练习
(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
巩固练习
1、(多选)下列叙述正确的是( 　　)
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD
巩固练习
2、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
D
巩固练习
3、(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
ABD
巩固练习
4、（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
BC
巩固练习
5、如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　）
A．T1>T2
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．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律
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，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体
B