14黑体辐射详解PPT课件
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4.1 普朗克黑体辐射理论 课件(共20张PPT)
800 K
1000
K
1200
K
1400
K
2. 辐射的原因：物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同
频率做无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各
种波长的电磁波，形成的电磁波谱。
3. 特性：室温时，主要成分是波长较长的电磁波；当温度升高时，波长较短的电
磁波成分越来越强。
辐射强度及波长成分的分布随温度变化
新知讲解
一、黑体与黑体辐射
1.黑体：如果一个物体能够完全吸收入射的各种波长的电
磁波，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
2.黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电
磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
注意：（1）黑体是个理想化的模型。
（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
谢 谢
按波长的分布只与黑体的温度有关。
新知讲解
二、黑体辐射的实验规律
1.测量黑体辐射的实验原理图
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
T
空腔
平行光管
三棱镜
新知讲解
二、黑体辐射的实验规律
2.辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
普朗克黑体辐射理论
新知导入
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家威廉·汤姆孙勋爵作了
展望新世纪的发言：
科学的大厦已经基本完成，后辈的物理
学家只要做一些零碎的修补工作就行了
《黑体辐射》PPT课件
二、经典理论的困难：
* 经典认为饱和电流应该与光强成正比，光强越大，饱和电流 应该越大，光电子的初动能也该越大。与光的频率无关。但实 验说明饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动 能也与频率有关。
* 只要频率高于红限频率ν0 ，既使光强很弱也有光电流；频率
低于红限频率时，无论光强再大也没有光电流。而经典认为有 无光电效应不应与频率有关。
在波长 附近单位波长间隔中的能量。
e(,T)dd (E ,T)
平衡热辐射: 辐射和吸收的能量恰好相等时，物体和辐射 场就处于温度一定的平衡态，平衡态下的辐射称为平衡热 辐射。一个好的辐射体也是一个好的吸收体
此时辐射辐出度与单色辐出度的关系为：
E (T)0 e(,T)d
二、黑体的辐射定律
物体与物体之间存在辐射场，物体不仅能辐射电磁波， 同时也能吸收照射到它外表的电磁波。当吸收能量 和反射能 量相等时，到达平衡。物体和辐射场处于同一温度，这时物 体和辐射场所处的状态称为平衡态。
例质15等-1信由息测。量得到太阳辐射谱的峰值处在 m4.910 7m，
计算太阳的表面温度和单位表面积上所辐射的功率；如太阳的辐
射是常数，其直径 d1.3 9 190 m ，求太阳在一年内由于辐射而
损失的质量。
解： 将太阳看作黑体 由 Tmb 得
太阳的外表温度 T b m 2 4 .8 .9 1 9 1 7 0 7 3 0 5 .9 13 (0 K )
〔1〕λ较小时 ekT 1 得维恩公式
e 0 (,T ) 2 h 2 c 5 e k h T c2 h 52 e c k h Tc
e0(,T)c1 5eCT 2
c12hc2
c2
hc k
〔2〕λ较大时 ex1xx2 得瑞利--琼斯公式
物理课件人教版《普朗克黑体辐射理论》ppt1
8通过了解穆罕默德的主要活动，学习 他不畏 困难的 坚强意 志和为 阿拉伯 民族统 一与幸 福而奋 斗的远 大抱负 。
9.掌握隋唐科举制度的主要内容，联 系当今 考试的 实际培 养分析 问题的 能力； 学生对 唐朝人 衣食住 行的时 尚和博 大宏放 的精神 面貌的 了解， 感知科 举制度 的创新 对社会 进步的 促进作 用；想 象唐朝 人的生 活，培 养学生 丰富的 想象力 。
学习互动
[答案] (1)5×1016个 (2)4×103个
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
自我检测
1.(热辐射的规律)图4-1-2为黑体辐射电磁波的强度与波长的关系 图像,从图像可以看出,随着温度的升高,则 ( D ) A.各种波长的辐射强度都有减少 B.只有波长短的辐射强度增加 C.辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D.辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
学
两
大
灾
迈克尔逊-莫雷实验结果
难
和以太漂移说相矛盾
相对论
4）.1900年10月，普朗克提出量子化理论，给予 黑体辐射以完美的解释
三.能量子（普朗克的量子化理论）
2. 普朗克的量子化理论
普朗克认为：物体发射或吸收的能量不是连 续的，而是一份一份的。每一份叫做一个能 量子，每一个能量子的能ɛ=hγ
h~普朗克常量 h6.6 313 0j4•s
感谢观看，欢迎指导！
γ~ 电磁波的频率
第一节 普朗克黑体辐射理论（共15张PPT）
学习互动
例1 关于黑体辐射电磁波的强度与波长的关系, 图4-1-1中正确的是 ( B )
图4-1-1
[解析] 黑体辐射 电磁波的强度与 温度有关,温度 越高,辐射强度 越大.随着温度 的升高,黑体辐 射强度的极大值 向波长较短的方 向移动,故B正确.
普朗克黑体辐射理论-ppt课件
2.1900年，爱因斯坦从苏黎世联邦工业大学毕业，5年后受量子化启发 提出了光量子,成功的解释了光电效应。1921年获诺奖。
3.1900年15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。13年 后，他提出了原子轨道量子化，成功解释了氢原子发光现象。1922年 获诺奖
4.1900年，康普顿8岁，23年后，通过实验最终使物理学家们 确认光量子图景的实在性，1927年获诺奖。
2.表达式 ε ＝ hν
1）ν是带电微粒的振动频率 波源的频率 即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率
2）h 常量 普朗克常量 h＝6.62607015×10-34 J·s
带电微粒辐射或 吸收能量E=nε
n=1,2,…
能量量子化
四、能量量子化——物理学的新纪元
1.1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文， 宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正 确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基 石之一, 为我们打开了量子之门。1918年获诺奖。
一、黑体与黑体辐射
1.黑体 理想模型 “完美的”吸收器、发射器
能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 的物体就是绝对黑体，简称黑体。
已知物体都能辐射红外线（电磁波）
烟煤
2.黑体辐射的特点
电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 这样的辐射更能反映具有普遍意义的热辐射客观规律
一、黑体与黑体辐射
大多数人想改造这个世界,但却极少数人想改造自己
——列夫·托尔斯泰
但最终确是极少数改造自己的人改造了世界
选择性必修三
电磁波的 粒子性认识
原子结构的 认识
波粒二象性
选择性必修三 第四章 原子结构和波粒二象性
3.1900年15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。13年 后，他提出了原子轨道量子化，成功解释了氢原子发光现象。1922年 获诺奖
4.1900年，康普顿8岁，23年后，通过实验最终使物理学家们 确认光量子图景的实在性，1927年获诺奖。
2.表达式 ε ＝ hν
1）ν是带电微粒的振动频率 波源的频率 即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率
2）h 常量 普朗克常量 h＝6.62607015×10-34 J·s
带电微粒辐射或 吸收能量E=nε
n=1,2,…
能量量子化
四、能量量子化——物理学的新纪元
1.1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文， 宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正 确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基 石之一, 为我们打开了量子之门。1918年获诺奖。
一、黑体与黑体辐射
1.黑体 理想模型 “完美的”吸收器、发射器
能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 的物体就是绝对黑体，简称黑体。
已知物体都能辐射红外线（电磁波）
烟煤
2.黑体辐射的特点
电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 这样的辐射更能反映具有普遍意义的热辐射客观规律
一、黑体与黑体辐射
大多数人想改造这个世界,但却极少数人想改造自己
——列夫·托尔斯泰
但最终确是极少数改造自己的人改造了世界
选择性必修三
电磁波的 粒子性认识
原子结构的 认识
波粒二象性
选择性必修三 第四章 原子结构和波粒二象性
普朗克黑体辐射理论(高中物理教学课件)
A.是紫外线
B.是红外线
C.光子能量约为1.3×10-18 J
D.光子数约为每秒3.8×1016个
例10.萤火虫是一种能发光的小昆虫,我国古代有人叫它 “夜照”.萤火虫主要生活在树丛中、小河边.夏天的夜晚, 它在空中飞来飞去,尾部那黄绿色的光点一闪一闪的,像一 盏盏小灯笼.通常情况下灯泡只有10%的功率用以发光,其 余的90%全都转化成热浪费了.而萤火虫却不发热,可以使 其功率全部用以发光.若萤火虫发光的功率P=0.01 W,设 其发光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6 m,普朗克常量
二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，
则这两束光的光子能量之比和波长之比分别为（ D ）
A.4∶5 4∶5
B.5∶4 4∶5
C.5∶4 5∶4
D.4∶5 5∶4
例8.一盏电灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四
周均匀辐射，光的平均波长为λ＝6.0×10-7m，普朗克常
量为6.63×10-34J·s，光速为3×108m/s，在距电灯10m远
一.黑体与黑体辐射
1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射 与物体的温度有关，所以叫作热辐射 2.黑体：如果某种物体能够完全吸 收入射的各种波长的电磁波而不发 生反射，这种物体就是绝对黑体， 简称黑体 3.黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向 外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射
注意： ①一般物体辐射与温度、材料、表面状况（形状）有关 ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有 关。
第26章 原子结构和波粒二象性
01.普朗克黑体辐射理论 图片区
十九世纪末期，经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为 三大支柱的经典物理理论已经形成。1900年初开尔文勋爵在皇家 学会的新年致辞中总结说：“动力理论肯定了热和光是运动的两 种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第 一朵乌云出现在光的波动理论上（以太理论），第二朵乌云出现 在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上（黑体辐射）。”
14黑体辐射详解
安宏
18.10.12
量子概念的诞生
第十五章 量子物理
量子理论带来了出人意料的 科学上
hν
技术上
社会上
哲学上
的多种多样的新鲜成果
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。 安宏
18.10.12
也逐渐成了20世纪物理学中的“唯一思想模式”
量子概念的诞生
第十五章 量子物理
“这一发现成为20世纪整个物理研究的基础， 从那时起，几乎完全决定了物理学的发展”。 ——爱因斯坦
相对论
紫外灾难
安宏
量子论
18.10.12
量子概念的诞生
第十五章 量子物理
普朗克公式（Planck’s formula）
1900.10.19年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了 一个公式：“普朗克公式”
M (T )
普朗克
普朗克公式曲线
1.02.0 3.04.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
hν
事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生， 1918年因此而获得诺贝尔奖。
普朗克诞辰100周年德国发行的2马克面值的纪念硬币
哥庭根市公墓： h = 6.6310-34J· s 安宏
18.10.12
量子概念的诞生
第十五章 量子物理
注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并 受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理 学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某 种方式来消除 En n h 这一关系式。它写道： “我试图将h 纳入经典理论的范围，但一切 这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”。后来 他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒 劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。 我的一些同事把这看成是悲剧，但我有自已的看 法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处 ，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道 作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。
14-1黑体辐射
平衡态时 黑体辐射只依赖于物体的温度
与构成黑体的材料 形状无关
• 实验和理论均证明：
在各种材料中 黑体的光谱辐射度最大
15
维恩设计的黑体
空腔上的小孔
炼钢炉上的小洞
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
16
2.黑体辐射实验规律 1) 实验规律一 维恩位移定律
m T b
b = 2.897756×10-3 m· K 或
物理学晴朗天空中的一朵乌云!
25
五、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 1.黑体辐射公式 1900.10.19 普朗克在德国 物理学会会议上提出一个 黑体辐射公式
2πh M (T ) 2 h / kT c e 1
3
h 6.55 1034 J s
M.Planck 德国人 1858－1947 26
热辐射与温度有关激光日光灯发光不是热辐射11光谱辐射出射度也称单色辐射本领单位时间内从物体单位表面向前方半球发出的波长在附近单位波长间隔内的电磁波的能量单位面积12或按频率定义单位时间内从物体单位表面向前方半球发出的频率在附近单位频率间隔内的电磁波的能表面情况物质种类单位面积13表面情况物质种类辐射出射度与有关14二平衡热辐射加热一物体物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射讨论平衡热辐射的规律15三黑体辐射的实验规律研究热辐射的理想模型黑体黑体
•物体发射或吸收电磁辐射时 交换能量 的最小单位是“能量子” = h
E (n)h
29
由此得到了普朗克的热辐射公式：
2πh M (T ) 2 h / kT c e 1
3
h 6.55 1034 J s
大时: 小时: 维恩公式 瑞利-金斯公式
《黑体辐射》课件
结论
通过本次《黑体辐射》PPT课件，我们深入了解了黑体辐射的定义、特点、计算方法和应用领域。黑体辐射在 物理学、工程学以及众多领域中都具有重要的作用。
《黑体辐射》PPT课件
欢迎来到《黑体辐射》PPT课件！在本课程中，我们将探讨黑体辐射的定义、 特点、计算方法以及应用领域。让我们一起深入了解这一重要的物理现象吧！
导言
导言部分将介绍《黑体辐射》这一主题的背景和目的，并介绍黑体辐射的基本概念。
黑体辐射的定义
黑体辐射是指具有各个温度下均匀辐射任意波长的 理想化物体。通过研究黑体辐射，我们可以深入了 解物体在不同温度下的发光特性。
2 斯特藩-玻尔兹曼定律
斯特藩-玻尔兹曼定律表明黑体辐射的总辐射 功率与温度的四次方成正比。我们可以利用 这一定律计算黑体辐射的总功率。
黑体辐射的应用领域
黑体辐射在许多领域中都有重要的应用。本部分将介绍一些常见的应用领域，并探讨黑体辐射在这些领域中的 作用。
热辐射学
热辐射学利用黑体辐射的理 论和实践应用，研究物体的 热辐射特性以及与其它物体 的相互作用。
红外成像技术
通过探测物体发出的红外辐 射，红外成像技术可以实现 对远距离目标的探测和成像， 具有广泛的军事和工业应用。
天体物理学
天体物理学研究天体的辐射 特性和物质的相互作用，黑 体辐射是天体物理学中不可 或缺的基本概念。
实例分析：黑体辐射的应用案例
让我们通过实际案例来更好地了解黑体辐射在现实生活中的应用。以下是一些有趣的案例分析。
1
黑体辐射在太阳能热发电中的应用
太阳能热发电利用太阳辐射产生的热能，其中包括黑体辐射，转换成电能。我们将分 析太阳能热发电的原理和工作机制。
2
黑体辐射在热能战略中的应用
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公式在短波区域 明显与实验不符， 而理论上却找不出 错误
16
第
十
五
新实验
章
尖锐矛盾
量
经典物理
子
物
理
0 结果
相对论
紫外灾难
安宏
量子论
’s formula）
章量1900.10.19年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了 子一个公式：“普朗克公式”
物
M理 (T)
12
安宏
第热辐射的实验曲线
十
五 章
热辐射的实验规律
量
子
M (T)
物
60
2200K
理
50
21080000000度度度 火 炉
40 2000K
30
20
1800K
炉火纯青
10
1600K
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
13
安宏
第热辐射规律的理论解释
十
五
章
量
实验规律——找到了
子 物
实验曲线——画出来了
理
下一步
要上升到理论：从理论上找到符合实验曲线
的函数式
14
安宏
第热辐射规律的理论解释
十五热辐射的理论解释M (T)
章
量当时经典物理占统治地位，人们自然用经典学
子理论来解释热辐射并建立了两个公式：
物
理
1.02.0 3.04.05.0 6.0 7.08.0 9.0
1）维恩公式（Wien’s formula）
物理种方“式我来试消图除将hEn纳入nh经典这理一论关的系范式围。，它但写一道切：
这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”。后来 他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒 劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。 我的一些同事把这看成是悲剧，但我有自已的看 法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处 ，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道
章
不能一个物体一个物体分别来研究
量
子
物
理
基尔霍夫——理想模型：绝对黑体
在任何温度、对于任何波长的外来辐射的 吸收率均为 1 的物体。
9
安宏
第绝对黑体
十 五
注意：
章 量 子
一个开有小孔的内表 面粗糙的空腔可近似
物 看成理想的黑体。
理
一般物体——吸收 反射 透射
绝对黑体——吸收
辐射
10
安宏
第绝对黑体
十固体在温度升高时颜色的变化 五
章 量
1400 K
子
因辐射与温度有关，故称热辐射
物
理 1200 K
1000 K
1406000000度度度 火 炉
800 K
7
安宏
第
十
五 辐射能量 与 T、λ有规律吗？
章
量 子
成为19世纪末炼钢、电灯照明
物 理
急待解决的课题
8
安宏
第绝对黑体
十 五
辐射能量 与 T、λ的规律
作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。 22 安宏
第量子概念的诞生
十
五
章
量子论这个精灵蹦跳在时代的最前缘，它
量 需要最有锐气的头脑和最富有创见的思想来激
hν 子
物
活它的灵气。
理
20世纪初，物理学的天空中已是黑云压城，
每一升空气似乎都在激烈地对流和振荡。
一个伟大的时代需要伟大的人物，有史 以来最出色和最富激情的 “黄金一代” 物理学家便在这乱世的前夕成长起来。
23
安宏
第 量子理论的三大先驱 十 五 章 量 子 物 理
玻尔15
普朗克42
1900年 量子概念
安宏
爱因斯坦21
1905年 24
第
十
章 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到
量 子 物
紫外线的λ连续的电磁波。
0.6 mm～760 nm之间的电磁波称为红外线
理
760nm～400nm之间的电磁波称为可见光
（可见光在整个电磁波谱中所占的波段最窄）
400nm～5nm之间的电磁波称为紫外线
它们都是由原子的外层电子自发辐射产生的．
6
安宏
第 何谓热辐射
十 五
注意：
章 量
黑体当其自身的热辐射很弱时，看上去是黑洞洞的。
子
物
理
如远处不点灯的建筑物
若室内点灯
（自身辐射较强）
好的吸收体也是好的辐射体
11
安宏
第绝对黑体
十 五
注意：
章 量 子
一个开有小孔的内表 面粗糙的空腔可近似
物 看成理想的黑体。
理
一般物体——吸收 反射 透射
绝对黑体——吸收
辐射
整个热辐射研究可简化为黑体辐射的研究
维恩公式在长波 方面与实验不符
1896年德国维恩（Wien）从热力学普遍理论
出发导出
15
安宏
第热辐射规律的理论解释
十2）瑞利--金斯公式（Rayleigh-jean’s formula）
五
章1900.6年瑞利--金斯利从电动力学和统计力学
量子出发导出
物
理
紫外灾难
M (T)
1.02.0 3.04.0 5.0 6.0 7.0 8安.0 9宏.0
量
——爱因斯坦
hν 子
物 事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生， 理 1918年因此而获得诺贝尔奖。
普朗克诞辰100周年德国发行的2马克面值的纪念硬币
哥庭根市公墓： h = 6.6310-34J·s
21
安宏
第量子概念的诞生 十
五注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并 章受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理 量子学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某
普朗克公式曲线
普朗克
1.02.0 3.04.0 5.0 6.07.0 8.0 9.0
该公式与实验数安据宏符合得很好！
18
第量子概念的诞生
十
五 普朗克量子假说
章
量
1900年12月14
子 日
物 理
hν
能量不连续，只能取某一最小能量的 整数倍!!!!!
E n n
n1.2.3 量子数
h = 6.6310安-34宏J·s 称为普朗克恒量19
第 量子理论的三大先驱 十 五 章 量 子 物 理
玻尔
1913年
普朗克
1900年 量子概念
安宏
爱因斯坦
1905年
3
第 量子概念的诞生
十
五
章
量
子 物
问题：
理
热辐射 实验
？
4
安宏
第 何谓热辐射
十
五
章 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到
量 子
紫外线的λ连续的电磁波。
物
理
5
安宏
第 何谓热辐射
十
五
第量子概念的诞生
十 量子理论带来了出人意料的
五
章
科学上
量
hν 子
技术上
物
理
社会上
哲学上
的多种多样的新鲜成果
也逐渐成了20世纪物理学中的“唯一思想模式”
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。
20
安宏
第量子概念的诞生
十 “这一发现成为20世纪整个物理研究的基础，从
五 章
那时起，几乎完全决定了物理学的发展”。
第
十
五
本次课教学基本要求
章
量 子
了解热辐射、光电效应的实验规律
物
理
理解普朗克量子假设
理解光量子假设
掌握
1
安宏
第
十 五
第十五章 量子物理基础
章 量
热辐射 普朗克的量子假设
子１
光电效应 爱因斯坦的光子理论
物
理
康普顿效应
２
波尔氢原子理论
３
实物粒子的波粒二象性
不确定关系
波函数 薛定谔方程
４
一维定态问题
2
安宏