2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：黑體輻射與普朗克量子論+

黑體輻射與普朗克量子論

黑體輻射與普朗克量子論熱輻射:

物體在任何溫度，都以電磁波的形式向外輻射能量。經(jīng)典物理學(xué)的成功與困難1.經(jīng)典物理學(xué)的成功17世紀，牛頓力學(xué)：宏觀物體的機械運動牛頓，IsaacNewton開普勒行星運動三大定理，萬有引力，天體運動開普勒，JohannesKepler電動力學(xué)：無處不在的電磁相互作用，包括光的傳播規(guī)律。熱力學(xué)：結(jié)合牛頓力學(xué)，電磁學(xué)和化學(xué)，熱力學(xué)三大定律，解釋日常生活中的熱現(xiàn)象。統(tǒng)計物理：經(jīng)典方法結(jié)合統(tǒng)計規(guī)律解釋了由大量粒子組成的宏觀物體的物理性質(zhì)。19世紀經(jīng)典物理取得巨大成功！牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁理論的成功粒子理論和波動理論的成功2.經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難物理大廈缺少重要的主干支體！量子物理典型問題：黑體輻射光電效應(yīng)，康普頓散射低溫固體比熱容原子光譜一、熱輻射現(xiàn)象1.熱輻射(heatradiation)定義:分子的熱運動使物體輻射電磁波例如:火焰溫度,加熱鐵塊基本性質(zhì):溫度

發(fā)射的能量

電磁波平衡熱輻射:物體輻射的能量等于在同一時間內(nèi)的短波成分

所吸收的能量火爐600度1000度400度顯然,它是波長和溫度的函數(shù)光源S=13.單色輻出度(monochromaticradiationpower)M

(T)溫度為T的物體,單位時間內(nèi),單位表面積上所發(fā)射的波長在

→

+d范圍內(nèi)的輻射能

dM(T)與波長間隔d成正比,dM(T)與d的比值稱為單色輻出度:溫度為T的物體,單位時間內(nèi)從物體單位表面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能M(T)，它只是溫度的函數(shù)。2.輻出度(radiationpower)M(T)2.理論與實驗的對比(1)維恩公式:

(2)瑞利-金斯公式:紫外災(zāi)難！123456789

(nm)維恩線瑞利-金斯線實驗數(shù)據(jù)由經(jīng)典熱力學(xué)和麥氏速率分布導(dǎo)出由經(jīng)典電磁學(xué)和能量均分定理導(dǎo)出二、黑體輻射1.黑體:全吸收無反射，全輻射黑體模型

普朗克把代表短波波段的維恩公式和代表長波波段的瑞利-金斯公式結(jié)合起來，并利用數(shù)學(xué)上的內(nèi)插法，很快找到一個經(jīng)驗公式

普朗克的公式在全部波長范圍內(nèi)與實驗曲線驚人符合，這個公式成功激發(fā)他去揭示公式中所蘊藏著的重要科學(xué)原理。3.普朗克公式能量密度圖12-3黑體輻射公式與實驗曲線λ/μm普朗克線

由經(jīng)典理論導(dǎo)出的維恩公式和瑞利—金斯公式均不