15-1黑体辐射普朗克能量子假说15-2光电效应2.ppt

* 大学物理学电子教案 长江大学教学课件 量子物理（1） 15-1 黑体辐射 普朗克能量子假说 黑体辐射及其规律 普朗克假说 普朗克黑体辐射公式 黑体辐射的应用 15-2 光电效应 光的波粒二象性 光电效应的实验规律 光子 爱因斯坦方程 光电效应的应用 第十五章 量子物理 1、经典物理学的发展过程 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 2、近年来的发展 粒子物理： 量子电动力学、重整化方法 天体物理： 太阳中微子短缺问题 引力波存在的问题 物体的速度能否超过光速的问题 生物物理 有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计物理、X射线、电子能谱 和核磁共振技术等）。 非平衡热力学及统计物理 3、物理学发展的趋向 学科之间的大综合 相互渗透结合成边缘学科 4、从经典物理学到近代物理学过渡的三个重大问题 1887年的迈克耳孙—莫雷实验否定了绝对参考系的存在； 1900年瑞利和金斯用经典的能量均分定理说明黑体辐射问题，出现了所谓“紫外灾难”； 1897年J.J.汤姆孙发现电子，说明原子不是物质的基本单元，原子是可分的。 原子是构成物质的基本单元； 能量是连续变化的。 15-1 黑体辐射 普朗克能量子假说 一、黑体 黑体辐射 1、热辐射 热辐射现象：任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少，以及电磁波按波长(频率)的分布都与温度有关，故称为热辐射。 头部热辐射像 头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 室温 高温 吸收 辐射 白底黑花瓷片 2、黑体 定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。 说明： (1)黑体是个理想化的模型。 (2)对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 (3)与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 3、与热辐射有关的物理量 单色辐出度 从热力学温度为T 的黑体的单位面积上、单位时间内、在单位波长（频率）范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐射出射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)、 Mν(T)表示。 辐射出射度 在单位时间内，从热力学温度为T的黑体的单位面积上、所辐射的各种波长（频率）范围的电磁波的能量总和，称为辐射出射度，简称辐出度。 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 二、斯特藩?玻耳兹曼定律 维恩位移定律 1、测量黑体辐射的实验装置 2、斯特藩?-玻耳兹曼定律 黑体的辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比，这就是斯特藩?-玻耳兹曼定律。 s=5.67×10-8W· m-2· K-4 为斯特藩?-玻耳兹曼常量 1700k 1500k 1300k 0 1000 2000 1.0 0.5 3000K 6000K 0 1000 2000 1.0 0.5 可见光区 3000K 6000K 常量 峰值波长 当黑体的热力学温度升高时，与单色辐出度峰值相对应的波长?m 向短波方向移动，这就是维恩位移定律。 3、维恩位移定律 1700k 1500k 1300k 4、Mλ(T)与Mν(T)关系 测量温度：通过测量星体的谱线分布来确定其热力学温度 热象图：通过比较物体表面不同区域的颜色变化情况来确定物体表面的温度分布； 消失线高温计：测量炉温 4、黑体辐射的应用 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—玻尔兹曼定律 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 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 低于太阳的实际温度。 说明 三、黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难 1、目的： 探求单色辐出度的数学表达式 2、瑞利—金斯公式 利用能量均分定理和电磁理论得出： 3、经典物理的困难 在低频（长波）部分与实验曲线相符合，在高频（短波）则完全不能适用。 在高频部分，黑体辐射的单色辐出度将随着频率的增高而趋于“无限大”——“紫外灾难”。 0 1 2 3 6 2 4 瑞利 - 金斯公式 实验