《学习现代物理学发展史的重大意义1）科学家如何抓住机》.ppt

物理学教程 （第二版） 16 – 1 黑体辐射 普朗克能量子假设 第十六章 量子物理 * 学习现代物理学发展史的重大意义： 1）科学家如何抓住机遇，克服困难，勇于突破传统观念束缚的创新思想和锲而不舍的探索精神，以及作为一个成功者所具有的高尚品德. 2）科学发展不是一帆风顺的，有成功也有失败，而且科学争论永远不断，正是不同学术观点之间的科学争论的不断产生和解决推动着人类科学认识的不断深入和发展. 科学对于人类事务的影响有两种方式：第一种方式是大家熟知的：科学直接的并在更大程度上间接地产生出完全改变人类生活的工具；第二种方式是教育的性质——它作用于心灵. —— 爱因斯坦 量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史. 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. 量子力学 宏观领域 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学相 对 论 量子力学 微观世界的理论 起源于对波粒二象性的认识 一 黑体 黑体辐射 热辐射 任何物体在任何温度下都会发射不同频率 的电磁波的现象为热辐射.物体在任何时候都存在发射 和吸收电磁辐射的过程. 实验证明热辐射具有如下规律: 1. 辐射能量按频率的分布随温度而不同. 2. 不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能 力不同; 同一物体在某一频率范围发射越强, 吸收也越 强 . 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. 黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体 .（黑体是理想模型） 1.单色辐射出射度 单位时间内从物体单位面积发出的频率在 附近单位频率区间（或波长在 附近单位波长区间）的电磁波的能量 . 单色辐射出射度 单位： 单色辐射出射度 单位： 定量研究热辐射的有关物理量 2.辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和. 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 测量黑体辐射出射度实验装置 二 斯特藩 — 玻耳兹曼定律 维恩位移定律 （1）斯特藩—玻耳兹曼定律 斯特藩—玻耳兹曼常数 （2）维恩位移定律 常数 峰值波长 0 1000 2000 1.0 0.5 可见光区 3000K 6000K 黑体单色辐出度实验曲线 可见光 6000K 3000K 0.5 1.0 0.5 1.0 黑体单色辐出度实验曲线 和 关系 例1 （1）温度为室温 的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内 ，其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？ 解: （2）取 （1）由维恩位移定律 （3）由斯特藩—玻耳兹曼定律 例2 太阳的单色辐出度的峰值波长 ， 试由此估算太阳表面的温度. 解 由维恩位移定律 对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用 这种方法进行推测 0 1 2 3 6 1 2 3 4 5 瑞利 - 金斯公式 实验曲线 * * * * * * * * * * * * * * * * * 三 黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难 瑞利 - 金斯公式 紫外灾难