沪科教 课标版_选修3-5_2.1拨开黑体辐射的疑云课件31张PPT

第1节：揭开黑体辐射的疑云
第二章 波和粒子
思考与讨论
1.在炉火旁边有什么感觉？
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断地向外辐射电磁波，通过电磁辐射物体向外传递热能，这种辐射因与温度有关，称之为热辐射。
物体中存在着很多不停振动的带电微粒，振动的带电微粒产生变化的电磁场，相当于一个波源，向周围传递电磁振动，形成电磁波
当空间中某一点作周期性振动时，就会向周围传递这种振动，形成波；波在一个周期 T 内传播的距离叫做波长，符号为 λ ，波传播的速度为波速 v，v=λ/T=λf
注：电磁波波长在380nm∽760nm时，可引起人的视觉，称之为可见光，在可见光范围内，紫光波长最短，红光波长最长
2.投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？
把铁块放进火炉中加热，起初看不见它发光，却能感觉到它辐射出来的热能，随着温度升高，铁块周围越来越热，在800K时铁块发出暗红色的可见光，随后逐渐转为橙红色，黄白色直到青白色
热辐射特点
（1）热辐射会辐射各种波长的电磁波。
（2）辐射的各种电磁波所占百分比随温度变化而不同。温度越高，短波（高频）的电磁波所占比例增加，同种电磁波强度增加。
物体不仅能辐射电磁波，物体表面还会吸收和反射外界来的电磁波。
例如：常温下我们看到的物体颜色就是反射光所致。一些物体看起来很黑，其实是它吸收电磁波的能力较强，反射的电磁波的能力较弱。
观察打开的窗户，把窗内的亮度与外墙的亮度对比，你会发现什么？为什么？
思考
物体不仅辐射电磁波，还会反射外界来的电磁波；要研究物体的热辐射（辐射电磁波）现象，怎样避免反射电磁波的影响？
二 黑体及黑体辐射
如果某种物体能够完全吸收外界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。
例如：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，最终从小孔反射出电磁波可以忽略不计，这个小孔就可以近似的看成一个绝对黑体。
理想化模型
实验表明，一般材料的物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料种类及表面情况有关，而黑体辐射电磁波成分和强度只与黑体的温度有关。人们特别注意对黑体辐射的研究。
三 黑体辐射的实验规律
图中空腔的腔壁向腔内不断辐射电磁波，其中一部分电磁波将从小孔射出，小孔就像一个黑体，从小孔辐射出的电磁波的情况也就表征着黑体辐射的特性；
加热空腔改变其温度，利用分光技术和热电偶等设备，就能够测出在不同温度下小孔所辐射的电磁波强度按波长的分布情况
实验装置
T
平行光管
三棱镜
T
实验结论:
1.温度越高,辐射强度越大
2.与最大辐射强度对应的波长向短波方向移动
经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
维恩的半经验公式：
公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。
公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符 ----紫外灾难
瑞利----金斯公式
玻尔兹曼常数 k =1.380658?10-23J/K
实验
瑞利-琼斯线
维恩线
T=1646k
? 普朗克能量子假说
*辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍 E=nε n=1,2,…
ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化
* 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量
四、能量子：超越牛顿的发现
*对于频率为?的谐振子，最小能量为：
ε=h ?
例：一个弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E，下次我们可以把小球推的更远一些，能量更大，比如1.2E或1.3E，弹簧振子的能量不一定是某个最小值的整数倍，它的能量可以是任何值，对于弹簧振子来说能量是连续的，而普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的
实验
瑞利-琼斯线
维恩线
T=1646k
普朗克线
普朗克的拟合结果
四、能量子：超越牛顿的发现
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
材料鉴赏:

“在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文--
这两朵乌云是指什么呢？
热辐射实验
迈克尔逊-
莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
借助能量子的观点，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验结论符合
普朗克公式与实验结果的比较。曲线是根据普朗克公式作出的，小圆代表实验值
物理学的发展表明，能量子的引入，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一，1918年，普朗克获得了诺贝尔物理学奖；后来的爱因斯坦将普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象。
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
这两朵乌云到底是什么回事呢？
经典力学
量子力学
相对论
微观领域
高速领域
1.关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（ ）
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射电磁波的强度按波长的分布只温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
2.（多选）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有增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加
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
3.下列叙述正确的是（ ）
A.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
B.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体温度有关，还与材料的种类及表面状况有关
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，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
4.对于 3.4×10-19J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
谢谢观看！