4.1 普朗克黑体辐射理论 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共18张PPT)

(共18张PPT)
第1节 普朗克黑体辐射理论
第四章 原子结构和波粒二象性
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.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
知识点一：黑体与黑体辐射
1.黑体：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。
注意：（1）黑体是个理想化的模型。
（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。
1.关于黑体，下列说法中正确的是 （　　）
A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑色的
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可以近似为一个黑体
练一练
CD
知识点二：黑体辐射的实验规律
实验：改变黑体温度，利用分光技术和热电偶等设备测量黑体辐射的电磁波的分布情况。
1.测量黑体辐射的实验原理图
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
平行光管
三棱镜
T
空腔
2.辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②辐射强度的最大值向短波方向移动。
3.经典物理学所遇到的困难
（1）维恩的经验公式：
短波符合，长波不符合
（2）瑞利 ─ 金斯公式：
长波符合，短波荒唐
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
瑞利 ─ 金斯线
维恩线
普朗克公式：
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。
4.超越牛顿的发现
紫外灾难影响：
1900年的4月27日，开尔文在英国的皇家研究所举行了一个报告会。他说"动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了，其中的一朵"乌云"便指的是黑体辐射问题(另一朵指的是以太漂移实验)。
黑体辐射所展现出的问题，最终导致了量子论革命的爆发。
这也是二十世纪，物理学跳跃式的进步。
1.许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，如为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们以黑体作为热辐射研究的标准物体。黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（　　）
A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
练一练
ACD
2.在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（ ）
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
A
知识点三：能量子
普朗克能量子假说
1. 振动的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：
2. 叫能量子，简称量子， 为量子数，它只取正整数 — 能量量子化。
3. 带电微粒辐射或吸收能量时，只能是以这个最小能量为单位一份一份的。
4. 最小能量为：
5. 宏观能量：连续的
微观能量：不连续、分立、量子化的。
— 普朗克常量
普朗克
牛顿以来物理学最伟大的发现之一
跨出了真正说明物质世界量子性的第一步
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 ─34 J·s
1. 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100 nm（1 nm=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。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空中光速c=3×108 m/s）（　　）
A.10–21 J B.10–18 J
C.10–15 J D.10–12 J
练一练
B
普朗克黑体辐射理论
黑体与黑体辐射
黑体辐射的实验规律
能量子
黑体辐射的特点
维恩的经验公式：
短波符合，长波不符合
瑞利 ─ 金斯公式：
长波符合，短波荒唐
普朗克公式
能量量子化的意义