普朗克黑體輻射理論
1900年,在英國皇家學會的新年慶祝會上,物理學家威廉·湯姆孫勛爵作了展望新世紀的發(fā)言:科學的大廈已經(jīng)基本完成,后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了黑體輻射實驗光速“但是,在物理學晴朗天空的遠處,還有兩朵令人不安的烏云”
2.輻射的原因:物體中每個分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不同頻率做無規(guī)則的微振動,每個帶電微粒的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場,從而向外輻射各種波長的電磁波,形成的電磁波譜。3.特性:室溫時,主要成分是波長較長的電磁波;當溫度升高時,波長較短的電磁波成分越來越強。輻射強度及波長成分的分布隨溫度變化1.一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關,所以叫做熱輻射。800K1000K1200K1400K
一、黑體與黑體輻射1.黑體:如果一個物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波,而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對黑體,簡稱黑體。注意:(1)黑體是個理想化的模型。(2)一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關,但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。2.黑體輻射:黑體雖然不反射電磁波,卻可以向外輻射電磁波,這樣的輻射叫作黑體輻射。
二、黑體輻射的實驗規(guī)律1.測量黑體輻射的實驗原理圖加熱空腔使其溫度升高,空腔就成了不同溫度下的黑體,從小孔向外的輻射就是黑體輻射。平行光管三棱鏡T空腔
二、黑體輻射的實驗規(guī)律2.輻射強度按波長分布與溫度的關系特點:隨溫度的升高①各種波長的輻射強度都在增加;②輻射強度的最大值向短波方向移動。
二、黑體輻射的實驗規(guī)律3.經(jīng)典物理學所遇到的困難(1)維恩的經(jīng)驗公式:短波符合,長波不符合(2)瑞利─金斯公式:長波符合,短波荒唐瑞利─金斯線維恩線
瑞利─金斯線維恩線黑體輻射公式:1900年10月19日,普朗克在德國物理學會會議上提出黑體輻射公式。二、黑體輻射的實驗規(guī)律4.超越牛頓的發(fā)現(xiàn)
三、能量子普朗克能量子假說1.振動的帶電微粒,它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍:2.叫能量子,簡稱量子,為量子數(shù),它只取正整數(shù)—能量量子化。3.帶電微粒輻射或吸收能量時,只能是以這個最小能量為單位一份一份的。4.最小能量為:5.宏觀能量:連續(xù)的微觀能量:不連續(xù)、分立、量子化的?!绽士顺A?三、能量子普朗克牛頓以來物理學最偉大的發(fā)現(xiàn)之一跨出了真正說明物質(zhì)世界量子性的第一步
三、能量子普朗克牛頓以來物理學最偉大的發(fā)現(xiàn)之一Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點,提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題,而且開創(chuàng)物理學研究新局面,標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從從宏觀領域進入微觀領域,為量子力學的誕生奠定了基礎。1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和h=6.626?10─34J·s
1.下列敘述正確的是()A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波ACD
2.關于對黑體的認識,下列說法正確的是()A.黑體只吸收電磁波,不反射電磁波,看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關,與材料的種類及表面狀況無關D.如果在一個空腔壁上開一個很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個空腔就成了一個黑體C
3.紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是()A.紅光B.橙光C.黃光D.綠光A
4.小燈泡的功率P=1W,設其發(fā)出的光向四周均勻輻射,平均波長λ=10-6m,求小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)是多少?(h=6.63×10-34J·s)5×1018個
5.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()A
6.以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量B.物體的質(zhì)量C.物體的動量D.學生的個數(shù)AD
7.黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示,由圖可知()A.隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加B.隨溫度降低,各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動ACD
8.在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔,小孔可看作黑體,由小孔的熱輻射特性,就可以確定爐內(nèi)的溫度。如圖所示是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系圖象,則下列說法正確的是()A.T1>T2B.T1