辐射强黑体辐射规律.pptx

1919世纪末，经典物理学在各个领域都取得很大成功：世纪末，经典物理学在各个领域都取得很大成功：牛顿定律牛顿定律:成功描述了宏观低速物体的运动成功描述了宏观低速物体的运动 分子物理分子物理:成功解释了温度、压强、气体的内能成功解释了温度、压强、气体的内能 电电 磁磁 学：建立了一个能推断一切电磁现象的学：建立了一个能推断一切电磁现象的 麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组。找到了力、电、光、声等都遵循的规律找到了力、电、光、声等都遵循的规律-能量转化与守恒定律。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。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。认为物理学已经发展到头了。19001900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家著名物理学家 开尔文开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，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后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。的修补工作就行了。”-开尔文开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面加几位罢了！做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面加几位罢了！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：面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，令人不安的乌云，-”-”这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？热辐射实验热辐射实验迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为革命的后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为革命的风暴，乌云落地化为春雨，浇灌出两朵风暴，乌云落地化为春雨，浇灌出两朵“鲜花鲜花”。不到一年不到一年(1900(1900年底年底)，第一朵乌云第一朵乌云 诞生诞生 量子论量子论 19051905年年,第二朵乌云第二朵乌云 诞生诞生 相对论相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了 一个更为辽阔的领域。一个更为辽阔的领域。思考与讨论：思考与讨论：问题问题1:在火炉旁边有什么感觉在火炉旁边有什么感觉?问题问题2:投在炉中的铁块开始是什么颜色投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会有是什么颜色过一会有是什么颜色?1400K800K1000K1200K1、一切物体在任何温度下，都要向外辐射电磁波。、一切物体在任何温度下，都要向外辐射电磁波。2、电磁波能量的高低、电磁波按波长分布的情况、电磁波能量的高低、电磁波按波长分布的情况 都与温度有关，故称为热辐射。都与温度有关，故称为热辐射。一、热辐射一、热辐射二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射1、黑体定义：、黑体定义：如果一个物体在任何温度下，如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。用不透明材料制成一空心容器，用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔壁上开一小孔，可看成绝对黑体可看成绝对黑体黑体模型黑体模型思考与讨论：思考与讨论：一座建设中的楼房还没安装窗子，一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处观察，把室内的尽管室内已经粉刷，如果从远处观察，把室内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？什么？2、研究黑体辐射的意义：、研究黑体辐射的意义：v研究表明：研究表明：一般材料物体一般材料物体，辐射电磁波的情况除，辐射电磁波的情况除与与温度温度有关，还与有关，还与材料的种类及表面状况材料的种类及表面状况有关；有关；v黑体黑体：辐射电磁波的强度按波长的分布辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体只与黑体的温度的温度有关，因而反映了某种具有普遍意义的客有关，因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。观规律。于是在研究热辐射的规律时，人们特别注意于是在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究对黑体辐射的研究0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K辐射强度辐射强度黑体辐射黑体辐射实验规律实验规律3、黑体辐射的实验规律、黑体辐射的实验规律 随着温度升高：随着温度升高：v（1）各种波长的辐射强度都有增加，）各种波长的辐射强度都有增加，（2）辐射强度的极大值向波长短的方向移动）辐射强度的极大值向波长短的方向移动4、怎样解释黑体辐射的实验规律？、怎样解释黑体辐射的实验规律？v物体中存在着不停运动的带电微粒，按照当时物理物体中存在着不停运动的带电微粒，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。场，从而产生电磁辐射。o实验值/m维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678黑体辐射实验是物黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。朵令人不安的乌云。辐射强度辐射强度v荒谬的荒谬的“紫外灾难紫外灾难”v维恩公式在短波区与实验很接近，长波区与维恩公式在短波区与实验很接近，长波区与实验偏离很大；实验偏离很大；v瑞利公式在长波区与实验很接近，短波区与瑞利公式在长波区与实验很接近，短波区与实验严重不符；不但不符，而且当波长趋于实验严重不符；不但不符，而且当波长趋于零时，辐射强度竟变成无穷大，由于波长很零时，辐射强度竟变成无穷大，由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而由荒谬的结小的辐射处在紫外线波段，故而由荒谬的结果称为果称为“紫外灾难紫外灾难”。1 1、能量子说、能量子说-超越牛顿的假设超越牛顿的假设 1900 1900年，普朗克做出了这样的大胆假设：年，普朗克做出了这样的大胆假设：振动着的带电微粒的能量是振动着的带电微粒的能量是某一最小能量某一最小能量 （称为能量子）（称为能量子）整数倍。例如，可能是整数倍。例如，可能是,1,1,2,3,.2,3,.当带电微粒辐射或吸收能量时，也是当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份辐射或吸收的。以这个最小能量值为单位一份一份辐射或吸收的。对于频率为对于频率为的谐振子最小能量为的谐振子最小能量为能量能量量子量子经典经典h是普朗克常量是普朗克常量三、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式三、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式2.2.普朗克的黑体辐射公式普朗克的黑体辐射公式1900.10.19 1900.10.19 普朗克在德国普朗克在德国物理学会会议上提出一个物理学会会议上提出一个黑体辐射公式黑体辐射公式M.Planck M.Planck 德国德国人人1858185819471947(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克实验值实验值实验结果与普朗克的公式画出的图线完全一致 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信信 h h 的引入确实反映了新理论的本质。的引入确实反映了新理论的本质。19181918年他荣获诺贝尔物理学奖年他荣获诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和他的墓碑上只刻着他的姓名和 黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？但真理与谬误之争就此平息了吗？物理难题：物理难题：18881888年，霍瓦年，霍瓦(Hallwachs)(Hallwachs)发现发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近近1010年以后，年以后，18971897年，年，J.ThomsonJ.Thomson发现了电发现了电子子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作射出的电子，后来，这些电子被称作光电光电子子(photoelectron)(photoelectron)，相应的效应叫做光电相应的效应叫做光电效应效应。人们本着对光的完美理论（光的波。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？果？