张丹海《简明大学物理》11-1 黑体辐射 普朗克能量子假设.ppt

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1、第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回一、黑体辐射一、黑体辐射 1 1.热辐射：热辐射：一切宏观物体都以电磁波的形式向外辐射一切宏观物体都以电磁波的形式向外辐射 能量能量.对给定物体在单位时间内辐射能量的对给定物体在单位时间内辐射能量的 多多 少，决少，决 定于物体的温度，故称之为热辐射定于物体的温度，故称之为热辐射.2 2.黑体：黑体：所谓黑体是一种在任何温度下全部所谓黑体是一种在任何温度下全部 吸收投吸收投 射在它上面的一切辐射的理想物体射在它上面的一切辐射的理想物体.3.3.黑体黑体模

2、型模型：一个有密闭空腔的壁上的小一个有密闭空腔的壁上的小 孔也就是一个黑体模孔也就是一个黑体模 型一个型一个 有密闭空腔有密闭空腔 模模 型。型。（一）（一）黑体辐射的黑体辐射的基本概念基本概念 第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回4.4.单色辐射强度单色辐射强度 黑体在单位时间在内、单位面积上、某波长黑体在单位时间在内、单位面积上、某波长 附近单位附近单位波长范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐射强度，用符波长范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐射强度，用符号号 表示。表示。与与 关系曲

3、线关系曲线第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回5.5.辐射能量辐射能量 T 温度下的黑体在单位时间内从单位面积上辐射的温度下的黑体在单位时间内从单位面积上辐射的能量即等于波长分布曲线下的能量即等于波长分布曲线下的 面积。面积。曲线下的面积曲线下的面积第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回测定黑体辐射出射度实验装置测定黑体辐射出射度实验装置 会聚透镜会聚透镜空腔空腔小孔小孔平行光平行光管管

4、棱镜棱镜热电偶热电偶(二二)黑体辐射的黑体辐射的实验规律实验规律 第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回2.2.维恩位移定律维恩位移定律常量常量峰值波长峰值波长0 1000 20001.00.5 可可见见光光区区30003000K K60006000K K1 1.斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律常量常量第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回（三）紫外灾难（三）紫外灾难 经典物理的困难0

5、 瑞利瑞利-金斯曲线金斯曲线实验曲线实验曲线*紫外灾难紫外灾难瑞利瑞利-金斯公式金斯公式第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回二二、普朗克量子假设、普朗克量子假设 19001900年普朗克提出了能量子假说：年普朗克提出了能量子假说：(1)黑体的腔壁是由无数带电谐振子组成黑体的腔壁是由无数带电谐振子组成.这些谐振子不断吸收这些谐振子不断吸收 和辐射电磁波与腔内和辐射电磁波与腔内 辐射场交换能量辐射场交换能量.(2)这些谐振子具有的能量是分立的，它们只能取这些谐振子具有的能量是分立的，它们只能取

6、0，2，当振子与腔内辐当振子与腔内辐 射场交换能量时，能量改变值也只能是射场交换能量时，能量改变值也只能是的整的整 数倍。数倍。与频率与频率有如下关系：有如下关系：普朗克常量：普朗克常量：一般取：一般取：第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回 普朗克公式的理论曲线普朗克公式的理论曲线实验值实验值*普朗克公式普朗克公式第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回解：解：例例11-1 设一音叉尖端的

7、质量设一音叉尖端的质量 ，其频率，其频率 ，振幅，振幅 当音叉在空气中振动时当音叉在空气中振动时 由于由于摩擦效应振动逐渐消失摩擦效应振动逐渐消失.问观察到的能量减少是连续的还是不问观察到的能量减少是连续的还是不连续的连续的?音叉尖端的振动机械能为音叉尖端的振动机械能为第十一章第十一章 量子物理基础量子物理基础 11-1 11-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设下页下页上页上页帮助帮助返回返回 假定音叉振动能量是量子化的假定音叉振动能量是量子化的，则以，则以 的大小一的大小一份一份的消失份一份的消失，所以有，所以有 因此要观测到能量减少过程中的不连续性，精度要高于，因此要观测到能量减少过程中的不连续性，精度要高于，这是不可能这是不可能 的的.所以一般认为宏观物体的能量是连所以一般认为宏观物体的能量是连续的续的.