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高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构
热力学定律
4.1 普朗克黑体辐射理论
观察以上两图，在室外看有窗和没窗的楼房窗内墙面的亮度与楼房外墙的亮度相比结果相同吗，想一想这是为什么？
思考与讨论
1、黑体：如果某种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。
一 黑体与黑体辐射
假设：如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
2、热辐射：任何物体在任何温度下都会辐射电磁波。
投在炉中的铁块
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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。
一 黑体与黑体辐射
T
T
无任何反射
能全部吸收各种波长的辐射能
发射各种波长的热辐射能
不透明体
度
于
某
一
温
处
3、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。
4、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。
热辐射特点 吸收、反射特点
一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
一 黑体与黑体辐射
5、一般物体与黑体的比较
(1)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。
(2)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。
6、对黑体理解的两点注意
1、为什么要研究黑体辐射？
一般材料的物体的辐射：除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。黑体辐射规律只与黑体的温度有关。所以，研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
2、测量黑体辐射的实验原理：
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。
二 黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律
二 黑体辐射的实验规律
3、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。
4、黑体辐射的实验规律：
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
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)温度升高，各种波长的辐射强度都增加；
(3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
19世纪末，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。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:“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。”
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”
二 黑体辐射的实验规律
维恩的半经验公式：
短波符合，长波不符合
瑞利 ─ 金斯公式： 长波符合，短波荒唐
── 紫外灾难
紫
外
灾
难
实验值
辐射强度 M ,T
瑞利
─
金斯线
维恩线 普朗克
二 黑体辐射的实验规律
三 能量子
能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
基于能量子假说，1900 年德国物理学家普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公式衔接起来，提出了一个新的公式。普朗克提出的公式与实验符合之好令人击掌叫绝，把能量子引进物理学，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。
1.定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，他把这个不可再分的最小能量值ε 叫作能量子。
2.表达式
ν—电磁波的频率
h—普朗克常量 h =6.626×10-34J·s
3.能量的量子化：在微观世界里能量不是连续的，而是一份一份的，即是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
微观物理学中
三 能量子
4.普朗克量子化理论的意义
普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
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这种假说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宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
三 能量子
年轻的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。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为 v 的光的能量子为 hv，h 为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子 (photon)。
三 能量子
三 能量子
普朗克
量子说
康普顿
康普顿效应
1922
1900
1905
1906
1912
爱因斯坦
光子说
爱因斯坦
量子理论引入固体比热问题
玻尔
量子理论引入原子结构
三 能量子
量子力学的发展：
1、(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是
A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
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近似为一个黑体
√
√
四 课堂练习
2、(多选)如图2所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是
A.T1＞T2
B.T1＜T2
C.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
短的方向移动
√
√
图2
四 课堂练习
3、(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
√
√
√
四 课堂练习
4、在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J.求每个脉冲中的光子数目.(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
答案　5×1016个
代入数据得n≈5×1016个.
四 课堂练习

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