黑体辐射普朗克能量子假设

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1、量子概念是1900年普朗克首先提出，距今已有100多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一套完整的量子力学理论.1物体在任何温度下都要发射电磁波,这种由于物体中的分子或者原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射热辐射15-1黑体辐射普朗克量子假设一、热辐射现象1.单色辐射本领（单色辐出度）波长为的单色辐射本领是指(ⅰ)单位时间内从物体的(ⅱ)单位面积上(ⅲ)发出的波长在附近(ⅳ)单位波长间隔所辐射的能量。单位：单位：2（2）辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所辐射

2、出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝热辐射的基本概念302468101221210468太阳钨丝可见光区太阳钨丝钨丝和太阳的单色辐出度曲线4同一个物体的发射本领和吸收本领有内在联系，例下图为黑白花盘子的反射和自身辐射照片室温下的反射光照片1100K的自身辐射光照片二.基尔霍夫定律5基尔霍夫定律：实验发现，在温度一定时物体在某波长λ处的单色辐出度与单色吸收比的比值与物体及其物体表面的性质无关，即图片说明一个好的发射体一定也是好的吸收体。上式中，脚标

3、不同对应不同的材料,M(,T)为与材料无关的普适函数M(,T)=?6a.研究内容：绝对黑体的单色辐出度---研究热辐射的中心问题三.黑体辐射及其规律1.黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射而没有反射的物体称为绝对黑体，简称黑体.b.如何构造黑体用不透明的物质围成一个空腔，则在空腔壁上的小孔的孔面就可是一个黑体表面。表面粗糙的黑色物体一般吸收比较好，但是真正的黑体是不存在的。7人造绝对黑体模型—带有小孔的空腔.小孔表面就可以模拟黑体表面。这是因为从外面射来的辐射，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，才可能有机会射出小孔。因此，在多次反射过程中，外面射

4、来的辐射几乎全部被腔壁吸收。吸收发射在实验中，可在绕有电热丝的空腔上开一个小孔来实现，正因为实验所用的绝对黑体都是空腔辐射，因此，黑体辐射又称为空腔辐射．黑体辐射的实现8黑体模型9102、黑体辐射的基本规律实验规律发现：在温度一定时黑体的单色辐出度与波长有关，并存在一极大值，所对应的极值点m有关系上述全波段的黑体辐射规律是基于以下几个实验规律逐步建立的：11（ⅰ）斯忒藩-波尔兹曼定律1879年，斯忒藩(J．Stefan)从实验观察到黑体的辐出度与绝对温度T的四次方成正比，即1884年玻尔兹曼从理论上给出这个关系式．其中12常量峰值波长0100020001.0可见光

5、区0.56000K3000K1893年,维恩(W．Wien,1864~1928年)利用热力学理论找出了T与λm之间的关系：（ⅱ）维恩位移定律为Wien常数13物体辐射总能量及能量按波长的分布决定于温度固体在温度升高时颜色的变化800K1000K1200K1400K例子：低温火炉辐射能集中在红光。高温物体辐射能集中在蓝、绿色。炉火纯青应用：光测高温计，测量发电厂炉内温度。钢水15运动时各部分温度的分布16红外夜视仪17红外夜视图18解（1）由维恩位移定律例1（1）温度为的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？(2)太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面的

6、温度.（3）以上两辐出度之比为多少？19（2）（3）由斯特藩-玻耳兹曼定律由维恩位移定律20他们把分子物理中的(ⅰ）能量按自由度均分原理(经典的能量均分定理)运用到电磁辐射上；（ⅱ）并认为在黑体空腔中辐射的电磁波是谐振子所发射的驻波，这样得到的公式为玻尔兹曼常数k=1.38065810-23J/K三瑞利-金斯公式经典物理的困难210123624瑞利-金斯公式紫外灾难实验曲线****************T=2000K公式只适用于长波段,而在紫外区与实验不符,----紫外灾难22普朗克（1858—1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人.1900年12月14日他

7、在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能量的量子化假设.劳厄称这一天是“量子论的诞生日”.量子论和相对论构成了近代物理学的研究基础.234.普朗克量子假设普朗克既注意到维恩公式在长波(即低频）方面的不足，又注意到了瑞利－金斯在短波（即高频）方面的不足，为了找到一个符合黑体辐射的表达式，普朗克作了如下两条假设。1、普朗克假定（1900年）这个最小能量称为能量子。黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍,即，2，3，…n,称为能量子，n为量子数.普朗克量子