16-1黑体辐射 普朗克的能量子假说

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1、第十六章从经典物理到量子物理杨振宁在《爱因斯坦对理论物理学的影响》一书中指出：在20世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论（1905年）、广义相对论（1916年）和量子力学（1925年）。1900年前后，人们发现了许多经典理论无法解释的一些新实验事实，如：黑体辐射、光电效应、康普顿效应及原子光谱实验规律。为了解释这些规律，迫使人们去寻找新的物理概念，建立新的理论。量子力学就是在这样的背景下逐渐发展起来的一种新理论.本章主要介绍上述实验规律以及当时解释这些规律而提出的相关设想.§16-1黑体辐射普朗克的能量子假说一、热辐射的基本概念1.热辐射

2、P194,第1段,1,2行它是由分子、原子热运动引起的。温度不同时辐射的波长分布不同例如：加热铁块，随着温度的升高，从看不出发光暗红橙色兰白色1）概念：由于分子热运动导致物体不断地辐射电磁波,因这种辐射与温度有关,故称热辐射.热辐射---热能转化为电磁能的过程如：固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K2）热辐射的基本性质任何物体在任何温度下都有热辐射。热辐射发射的电磁波是连续光谱（各波长都有，但强度不同）温度越高,辐射能量越大,辐射电磁波的波长越短。800K以下，只发热，肉眼无法观察800K以上，才能看到物体发光P194,第1段，第2行起直觉:低温物体发出

3、的是红外光炽热物体发出的是可见光高温物体发出的是紫外光注意：热辐射与温度有关激光日光灯发光不是热辐射3）平衡热辐射物体不仅有发射电磁波的本领、还具有吸收、反射电磁波的本领。P194,第2段，第1行P194,第2段，第2,3行如果物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量，物体达到热平衡，称为平衡热辐射。此时物体具有固定的温度。以下只讨论平衡热辐射。4.单色辐出度Mλ（T）（或单色发射本领）单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的、波长在范围内的辐射能为dM(T)，为该物体的单色辐出度。定义单位：W/m302468101221210468可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝和

4、太阳的单色辐出度曲线P194,16.1式及上1，2行定义:单位时间内从物体表面单位面积上辐射的波长在λ到λ+dλ范围内的辐射能量dM(T)与dλ的比值为单色辐出度，用Mλ（T）表示.1）单色辐出度Mλ（T）（或单色发射本领）单位：W/m3Mλ（T）和温度、波长有关发射体材料及表面情况有关2.描述热辐射的物理量P194,16.1式及上1，2行钨丝和太阳的单色辐出度曲线02468101221210468可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）2）辐射出射度M(T)（或全发射本领）定义：单位时间内从物体表面单位面积上辐射的各种波长电磁波的能量总和，称为该物体的辐射出射度，简称辐出度，用M(

5、T)表示。单位：W/m2P194,第3段，1，2行P194,16.2式及上面1行M(T)和温度有关发射体材料及表面情况有关温度T时,物体辐出度与单色辐出度关系附：钨丝和太阳的单色辐出度曲线温度T时，物体辐出度与单色辐出度关系02468101221210468可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）3）吸收比和反射比P194,倒第1段，第1，2行定义：物体在温度T时,反射波长在～+d范围内电磁波能量与相应波长的入射电磁波能量之比，称为该物体的单色反射比，用ρ(，T)表示。对于不透明物体P195,16.3式定义：物体在温度T时,吸收波长在～+d范围内电磁波能量与相应波长的入

6、射电磁波能量之比，称为该物体的单色吸收比，用α（λ，T）表示。1.绝对黑体1)定义：如果一物体,能完全吸收各种波长的入射辐射能而无反射,则该物体为绝对黑体，简称黑体。即二、黑体和基尔霍夫辐射定律。2）黑体模型：在不透明材料做成的空腔上开一小孔Ο，这样的小孔就可作为黑体模型。说明：黑体是一理想模型。实际上“黑体”不存在。P195,1下1,2行1.绝对黑体1)定义：如果一物体,能完全吸收各种波长的入射辐射能而无反射,则该物体为绝对黑体，简称黑体。即二、黑体和基尔霍夫辐射定律P195,1下1,2行对于平衡热辐射，物体辐射的能量和吸收的能量相同。因此黑体也能辐射各种波长的电磁波它的辐射的本领最大

7、(和非黑体相比)黑体是一理想模型，实际上“绝对黑体”是不存在的。黑体模型在不透明的材料上开小孔做成空腔，空腔外面的电磁波可以通过小孔进入空腔，经过多次反射后，几乎全部被腔壁吸收。2）黑体模型小孔能完全吸收各种波长的入射电磁波而成为黑体。维恩设计的黑体空腔上的小孔炼钢炉上的小洞向远处观察打开的窗子近似黑体，，…2.基尔霍夫定律M0(T)表示温度T下绝对黑体的单色辐出度,则上式可简记为任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比,等于同一温度