第2章 2．1拨开黑体辐射的疑云.docVIP

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2．1拨开黑体辐射的疑云

学习目标

知识脉络

1.知道什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射．(重点)

2．知道黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系．(重点)

3．理解能量子的概念，理解能量量子化．(难点)

第二朵“乌云”——紫外灾难

eq\o([先填空])

1．黑体与黑体辐射

(1)热辐射

物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射．热辐射与物体的温度有关．

(2)黑体

能够完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，我们称之为绝对黑体，简称黑体．

(3)黑体辐射的实验规律

黑体辐射电磁波的本领按波长的分布只与黑体的温度有关．

①随着温度的升高，各种波长的辐射本领都增加；

②随着温度的升高，辐射本领的最大值向波长较短的方向移动．

2．“紫外灾难”

科学家从理论上解释黑体辐射的规律有维恩公式和瑞利公式．

(1)维恩公式

德国物理学家维恩从热力学理论出发，得到的公式只是在短波部分与实验相符，长波部分存在明显差异．

(2)瑞利公式

英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发，得到的公式在长波部分与实验吻合，短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射本领趋于无穷大，人们称之为“紫外灾难”．

eq\o([再判断])

1．能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．(√)

2．温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√)

3．热辐射一定在高温下才能发生．(×)

eq\o([后思考])

黑体是指黑颜色的物体吗？

【提示】黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波的物体．

eq\o([核心点击])

1．对黑体的理解

绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图2-1-1所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．

图2-1-1

2．一般物体与黑体的比较

热辐射特点

吸收、反射特点

一般

物体

辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关

既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关

黑体

辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关

完全吸收各种入射电磁波，不反射

3.黑体辐射的实验规律

(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．

(2)随着温度的升高

①各种波长的辐射强度都有增加；

②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图2-1-2所示．

图2-1-2

1．(多选)黑体辐射的实验规律如图2-1-3所示，由图可知()

图2-1-3

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

【解析】由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C正确，B、D错误．

【答案】AC

2．下列叙述正确的是()

【导学号

A．只有温度高的物体在辐射电磁波

B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关

D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

【解析】根据热辐射定义知A错；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．

【答案】D

(1)热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．

(2)在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分显著不同．

普朗克假设驱“乌云”

eq\o([先填空])

1．普朗克公式

德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究，推导出了普朗克公式，把它与实验数据进行比较，发现与实验结果“令人满意地相符”．

2．普朗克设想

黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一最小能量值hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)

式中ν为振子的频率，h是一个常量，h＝6.63×10－34_J·s.

最小能量hν叫做能量子.

在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．

3．意义

普朗克能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．

eq\o([再判断])

1．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．(√)

2．能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√)

3．光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的．