4.1 普朗克黑体辐射理论 课件（共18张PPT）

(共18张PPT)
普朗克黑体辐射理论
19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功
力学
热学
电磁学
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和
胜利之中，认为物理学已经发展到头了。
威廉·汤姆孙
开尔文勋爵
“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，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？
黑体辐射
实验
迈克尔逊-
莫雷实验
量子理论
相对论
量子理论使人们认识了微观世界的运动规律，那么人们认识量子的第一步是如何迈出的？
一、什么是热辐射？
在炉火旁边有什么感觉？
会感到温暖，火炉以辐射的形式向外辐射能量。
热辐射：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。
火焰熄灭了，火炉是否停止向外辐射？
否，仍然向外辐射，只是感受不到
热辐射的两条规律：
1.温度升高，辐射强度变大，温度降低，辐射强度变小；
2.室温下，辐射电磁波波长较长，高温下，辐射电磁波波长较短；
1000K
1400K
800K
1200K
在火炉中的铁块，温度上升，颜色发生变化
问题1：
物体的颜色仅仅由温度决定吗？
二、提出问题
如何定量地研究物体的热辐射规律？
物体颜色是它反射电磁波决定的
黑色物体是吸收了大部分电磁波，
反射少量电磁波
那么，在研究物体的热辐射时，应如何避免反射电磁波的影响？
二、建立模型
如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。
注意：黑体是个理想化的模型。
黑体一定是黑色的吗？
不一定，
可以是任何颜色
在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔就可以看成一个绝对黑体。
黑体虽然不反射电磁波，但是可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫做黑体辐射。
而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律。
用黑体辐射来研究电磁波的规律， 能得到某种具有普遍意义的规律。
黑体辐射到底有怎样的规律？
0 1 2 3 4 5 6
辐射强度
1700K
1500K
1300K
1100K
三、实验探究
得到结论：
从中可以看出，随着温度的升高,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。
三、实验探究
按照当时物理学的认识，每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。
维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波却不行。
瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在紫外区竟算得辐射强度为无穷大。
紫外灾难
为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克做了多种尝试，进行了激烈的思想斗争。
微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
四、提出猜想：能量子——超越牛顿的发现
1900年，普朗克作出了这样的大胆假设：
①震动着的带电微粒的能量是某一最小能量的 整数倍
这个不可再分的最小能量值ε叫能量子，简称量子。
四、能量子假说
②带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射和吸收的。
③对于频率为v的能量子的能量为
其中h是普朗克常量，
经典
量子
能量表现形式
1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式：
四、能量子假说
普朗克的能量子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，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。
普朗克
五、对能量子的理解
1.联系生活实际说说你心中的连续性与量子化有什么区别？
米袋里存放的大米，在我们人类看来，其质量是可以连续增加的，可以多装入0.1kg或减少3.1kg。
如果让蚂蚁来搬运这些大米，那么它们会认为存放的大米的质量是不连续的，每次只能1粒1粒地搬运，而不能一次搬运1.1粒等。
2.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400~600nm。400nm、760nm电磁辐射的能量子 的值是多少？
2.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400~600nm。400nm、760nm电磁辐射的能量子 的值是多少？
400nm电磁辐射的能量子
700nm电磁辐射的能量子
谢谢，再见