普朗克定律ppt课件.ppt

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1、黑体辐射实验大学物理实验一、实验目的1、了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射定律2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔兹曼定律3、了解和掌握维恩位移定律难点：通过实验掌握黑体辐射的光谱分布规律重点：WGH—10黑体实验仪的原理和使用方法固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。固体在温度升高时颜色的变化1400K物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。800K1000K120

2、0K1.热辐射现象二、实验原理绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。2.黑体辐射实验规律不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。测定黑体辐出度的实验简图PL2B2AL1B1CA为黑体B1PB2为分光系统C为热电偶1700K1500K1300K1100K012345绝对黑体的辐出度按波长分布曲线实验曲线维恩经验公式问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式3.普朗克量子假设这个公式

3、与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长很长处与实验曲线相差较大。瑞利--金斯经验公式这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近，但在短波区，按此公式，将随波长趋向于零而趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符，明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公式衔接起来，提出了一个新的公式：普朗克常数这一公

4、式称为普朗克公式。它与实验结果符合得很好。o实验值/μm维恩线瑞利--金斯线紫外灾难普朗克线12345678普朗克公式还可以用频率表示为：普朗克得到上述公式后意识到，如果仅仅是一个侥幸揣测出来的内插公式，其价值只能是有限的。必须寻找这个公式的理论根据。他经过深入研究后发现：必须使谐振子的能量取分立值，才能得到上述普朗克公式。能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具

5、有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为能量量子经典振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克由玻尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得到黑体的单色辐出度，即普朗克公式。能量子的概念是非常新奇的，它冲破了传统的概念，揭示了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。由于普朗克发现了能量子，对建立量子理论作出了卓越贡献，获1918年诺贝尔物理学奖。

6、黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比：（1）斯特藩-玻耳兹曼定律根据实验得出黑体辐射的两条定律：热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。斯特藩常数对于给定温度T，黑体的单色辐出度有一最大值,其对应波长为。热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。（2）维恩位移定律例试从普朗克公式推导斯特藩-玻尔兹曼定律及维恩位移定律。解：在普朗克公式中，为简便起见，引入则黑体的总辐出度：其中：普朗克公式可改写为：由分部积分法可计算：所以可见由普朗克公式可以推导出斯特藩-玻尔兹曼定律。为了求出最大辐射值

7、对应的波长，可以由普朗克公式得到满足：经整理得到令有这个方程通过迭代法解得即可见由普朗克公式可推导得出维恩位移定律。三、实验仪器WGH—10黑体实验装置（包括光源、电源）电脑及配套数据处理软件WGH-10型黑体实验装置，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，电压可调的稳压溴钨灯光源，计算机及输出设备组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光路图如图：接收器白板黑体光栅黑体修正本实验用溴钨灯的钨丝作为辐射体，由于钨丝灯是一种选择性的辐射体，与标准黑体的辐射光

8、谱有一定的偏差，因此必须进行一定修正。钨丝灯辐射光谱是连续光谱，其总辐射本领由下式给出：式中为钨丝的温度为T时的总辐射系数，其值为该温度下钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比：钨丝灯的辐射光谱分布为：通过钨丝灯的辐射系数及测得的钨丝灯辐射光谱，用以上公式即可将钨丝灯的辐射光谱修正为绝对黑体的辐射光谱，从而进行黑体辐射定律的验证。本实验通过计算机自动扫描系统和黑体辐射自动处理软件，可对系统扫描的谱线进行传递修正以及黑体修正，并给定同一色温下的绝对黑体的辐射谱线，以便进行比较验证。溴钨灯的工作电流