1能量量子化目标导航学习目标1.认识热辐射、黑体和黑体辐射的概念,能说出黑体辐射的实验规律。2.会解释普朗克提出的能量子假说。重点难点重点:黑体辐射的实验规律。难点:能量量子化的理解。激趣诱思在莎士比亚的喜剧《威尼斯商人》中,高利贷者夏洛克对什么东西都贪得无厌,人们说他是一个黑心的人,夏洛克贪的是金钱;“黑体”贪的是电磁波,那么什么是黑体和黑体辐射?简答:所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,但许多物体是较好的黑体近似(在某些波段上)。黑体辐射情况只与其温度有关,与组成材料无关。预习导引一、黑体与黑体辐射1.热辐射问题(1)热辐射:我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量,而且辐射强度与物体的温度相关,所以物理上把这种辐射称为热辐射。(2)热辐射的基本规律:物体以电磁波的形式向外辐射能量,而且在不同温度下辐射强度按电磁波波长有不同的分布。2.黑体辐射(1)黑体:物体在辐射电磁波的同时,还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体能全部吸收外来的电磁波而不产生反射,我们称之为绝对黑体,简称黑体。(2)黑体辐射:黑体表面向外辐射电磁波,这个过程叫作黑体辐射。黑体辐射的状况只与黑体的温度有关,与材料的种类及表面状况无关,能反映具有普遍意义的热辐射规律,是研究热辐射的理想模型。预习交流1炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色,就可以估计出炉内的温度,这是根据什么道理?答案:根据热辐射的规律可知,当物体的温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越多,可见光所占份额增大,温度升高,红光成分减少,频率比红光大的其他颜色的光,如橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度。二、黑体辐射的实验规律1.黑体辐射的实验规律随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2.黑体辐射实验规律的理论解释(1)维恩公式:德国物理学家维恩从热学理论推出的公式,只在短波部分与实验相符。(2)瑞利公式:英国物理学家瑞利从经典电磁理论推出的公式,只在长波部分与实验相符;且根据瑞利公式,当波长趋于零时,辐射本领将会趋于无穷大,这显然与客观事实不符。由于高频范围的辐射是在紫外波段,故而被当时的科学家称为“紫外灾难”。预习交流2你认为现实生活中存在理想的黑体吗?答案:现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。三、能量子1.定义:普朗克认为,带电微粒辐射或吸收能量时,只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h是普朗克常量,数值h=6.626×10-34J·s。(一般h取6.63×10-34J·s)3.成就:借助能量子假说,普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式与实验符合。他把能量子引入物理学,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础之一。一、黑体与黑体辐射的规律知识精要1.黑体模型如图所示,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会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出。这个小孔(而非空腔壁)就成了一个黑体。2.黑体辐射实验规律随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。3.黑体辐射实验规律的理论解释(1)维恩公式解释:1896年,德国物理学家维恩从热力学理论出发,得到了一个公式,但它只是在短波部分与实验非常接近,而在长波部分与实验存在明显的差异(如图所示)。辐射强度与波长的关系(2)瑞利公式解释:1900年,英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发推导出一个公式,其预测结果如图所示,在长波部分与实验吻合,在短波部分偏差较大,尤其在紫外线一端,当波长趋于0时,辐射本领将趋于无穷大。这种情况被人们称为“紫外灾难”。思考探究一般物体与黑体热辐射的区别是什么?答案: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...
