普朗克定律
普朗克三大定律
普朗克三大定律
普朗克三大定律是物理学家爱因斯坦提出的三个基本定律，它们是物理学的基础，也是现代物理学的基础。
这三个定律分别是：第一定律，物体在没有外力作用时，其运动状态保持不变；第二定律，物体受到外力作用时，其加速度与外力的大小成正比；第三定律，对任何两个物体之间施加的力，其大小相等，方向相反。
第一定律，也称为牛顿第一定律，是物理学中最基本的定律，它描述了物体在没有外力作用时，其运动状态保持不变。
这个定律表明，物体在没有外力作用时，它的运动状态是不会改变的，也就是说，物体会保持它原来的速度和方向，不会发生变化。
第二定律，也称为牛顿第二定律，是物理学中最重要的定律，它描述了物体受到外力作用时，其加速度与外力的大小成正比。
这个定律表明，物体受到外力作用时，它的加速度与外力的大小成正比，也就是说，物体受到的外力越大，它的加速度就越大。
第三定律，也称为牛顿第三定律，是物理学中最重要的定律，它描述了对任何两个物体之间施加的力，其大小相等，方向相反。
这个定律表明，对任何两个物体之间施加的力，其大小相等，方向相反，也就是说，物体之间施加的力是相互抵消的，不会产生任何变化。
普朗克三大定律是物理学的基础，也是现代物理学的基础，它们描述了物体在受到外力作用时，其运动状态的变化，以及物体之间施加的力的大小和方向。
这些定律对于我们理解物理学有着重要的意义，它们为我们提供了一个基本的框架，让我们能够更好地理解物理学的原理。
吸引力法则普朗克定律
吸引力法则普朗克定律
吸引力法则和普朗克定律是两个不同的概念。
吸引力法则是关于宇宙中事物之间相互吸引的法则，是一种潜在的能量。
它产生作用的机制被称为吸引力定律，又称为吸引力法则。
吸引力法则表明，吸引力源于宇宙，但藏在人的心灵之中，掌控着人们的生活，甚至控制着人们的命运。
普朗克定律则是量子力学中的基本原理之一，由德国物理学家马克斯·普朗克在1900年提出。
这个定律说明，电磁波的能量是离散的，其能量E与频率f的关系为E=hf，其中h为普朗克常数。
这个定律对于理解光、热辐射和其他电磁波的行为具有重要意义。
因此，吸引力法则和普朗克定律是两个不同领域的概念，没有直接的联系。
8-2 黑体辐射基本定律
3. Eb 与I 的关系
黑体:
Eb I cosd
2
I cosd
2
I
2 0
2 cos sindd
0
θ
dθ
rsinθ
dA2
r
dA1
β dβ
I
漫射表面: E I cosd I 2
即当物体遵守兰贝特定律时，辐射力是任何方向上定向
辐射强度的倍。
THANKS
2
1
b
2
0
Eb d
1
0
E b
d
能量份额:
黑体辐射函数，可查表
Fb ( 0 T )
Eb(0 ) E b(0 )
0
Eb d f (T )
Eb
E b ( 1 2 ) E b ( Fb ( 0 2T ) F ) b ( 0 1T )
例： 一盏100W的白炽灯，发光时钨丝的温度可达2800K。如将灯 丝按黑体看待。试确定它发出的辐射能中可见光所占的百分数
增大, Eb 先增后减； Eb,max 对应的波长为 3)Tm升；高, m减小；
4) T升高, 可见光成分增加。
Planck定律的示图
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二、维恩位移定律
求Eb,max 时的m.
mT 2897 .6 m K
三、斯蒂芬-玻尔兹曼定律(四次方定律)
解： 利用黑体辐射函数表：1T 0.38 2800 1064m K 2T 0.76 2800 2128m K
查表，得 Fb(01T ) 0.0007 0.07%
Fb (02T ) 0.088 8.8%
可见光占的总能量百分数：8.8-0.07=8.73% 即白炽灯发出的90%多的能量仅起到红外加热作用， 不起照明作用。
普朗克辐射定律 推导
普朗克辐射定律推导
普朗克辐射定律是描述黑体辐射特性的基本定律，其推导涉及到热力学、量子力学等多个领域的知识。
下面我们简要介绍一下其推导过程。
首先，我们需要了解黑体的基本概念。
黑体是指一种理想化的物体，它可以吸收所有波长的电磁波，并能将其全部转化为热能。
在热平衡状态下，黑体辐射的能量密度与波长有关，而这种分布可以用普朗克辐射定律来描述。
普朗克辐射定律的推导过程中，我们需要用到波动光学、经典电动力学和量子力学等多个学科的知识。
其核心思想是基于波动光学的假设，认为黑体内部存在一系列谐振子，每个谐振子都具有一定的能量量子，而谐振子的能量量子与其振动频率有关。
通过对谐振子的研究，我们可以得到黑体内部每个谐振子的能量密度和振动频率之间的关系，从而进一步得到整个黑体的能量密度和波长之间的分布。
最终，我们可以得到普朗克辐射定律的表达式： $$ B(lambda, T) = frac{2hc^2}{lambda^5}
frac{1}{e^{hc/lambda k_B T} -1} $$
其中，$B(lambda, T)$ 是黑体辐射的能量密度谱，$lambda$ 是波长，$T$ 是黑体的温度，$h$ 是普朗克常数，$c$ 是光速，$k_B$ 是玻尔兹曼常数。
总的来说，普朗克辐射定律的推导过程涉及到多个学科领域的知识，是一个非常复杂的过程。
但是，通过对其基本原理和思想的理解，
我们可以更好地理解黑体辐射特性的本质，并在实际应用中得到更加准确的结果。
黑体的辐射光谱
黑体的辐射光谱
黑体的辐射光谱可以用普朗克辐射定律来描述。
普朗克辐射定律是描述黑体辐射的经验定律，表达为：
B(λ, T) = (2hc²/λ⁵) * (1/(e^(hc/λkT) - 1))
其中，B(λ,T)表示单位波长范围内的辐射能量密度，λ为波长，T为绝对温度，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数。
普朗克辐射定律说明，随着温度的升高，辐射能量在更短波长的区域内增加。
黑体的辐射光谱是连续的，覆盖了从长波到短波的所有可见和非可见的电磁波。
辐射光谱的形状随着温度变化而变化，低温下主要集中在长波段，随着温度升高，峰值逐渐向短波段移动。
当温度非常高时，辐射光谱趋于平坦，包含所有波长的辐射能量。
总结起来，黑体的辐射光谱是由普朗克辐射定律描述的，随温度变化而变化，从长波到短波覆盖了所有电磁波的范围。
量子力三大定律
量子力三大定律
量子力学被誉为“20世纪最伟大的物理理论”，它是由德国物理学家马克斯·普朗克在1900年发现的。
量子力学的基本原理是，物质由粒子或粒子组成，它们之间由量子力维系。
量子力学给出了三大定律，它们被称为“普朗克定律”。
第一个普朗克定律规定，物质由微粒组成，它们之间有一种名为量子力的特殊力。
量子力是物质之间的相互作用。
它的作用范围包括时空的形式，因此可以被认为是一种能量。
量子力的作用使得物质之间的相互作用变得高效、精确和可预测。
第二个普朗克定律是“量子的不确定性”，它指的是物质的状态和运动是不确定的。
这意味着，物质的状态和运动不受它们本身的影响，而是受外部影响，因此它们的状态和运动无法被确定。
这个定律使得量子力学能够更好地探测物质的状态和运动。
第三个普朗克定律是“粒子的波动性”。
它指的是粒子的运动不是连续的，而是呈现出“波动”的特性。
这意味着，物质的状态和运动不受它们本身的影响，而受外界影响。
量子力学的第三定律表明，物质的状态和运动无法确定，它们是受外界影响而波动变化的。
量子力学的三大定律是物理学家们研究物质行为的基础，它们提供了一种全新的方式来理解物质的性质和运动。
量子力
学的发展为科学家们研究物质和能量的特性提供了基础，它也为物理学的发展奠定了坚实的基础。
量子力学的三大定律是20世纪最伟大的物理理论，它揭示了物质的奥秘，并且不断推动着科学的发展。
辐射基本定律的描述及公式
辐射基本定律的描述及公式一、普朗克定律。
1. 描述。
- 普朗克定律揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律。
它指出在绝对温度T 下，黑体在波长λ处的单色辐射力E_bλ与波长、温度之间存在特定的关系。
2. 公式。
- E_bλ(λ,T)=frac{C_1}{λ^5<=ft(e^frac{C_2{λ T}} - 1)}- 其中，C_1=2π hc^2=3.742×10^ - 16W· m^2（第一辐射常数），h =6.626×10^-34J· s（普朗克常数），c = 3×10^8m/s（真空中光速）；C_2=(hc)/(k)=1.439×10^-2m· K（第二辐射常数），k = 1.381×10^-23J/K（玻尔兹曼常数）。
二、斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律。
1. 描述。
- 斯蒂芬 - 玻尔兹曼定律表明黑体的辐射力E_b与其绝对温度T的四次方成正比。
它是在普朗克定律的基础上对所有波长的辐射能进行积分得到的结果。
2. 公式。
- E_b=σ T^4- 其中，σ=frac{2π^5k^4}{15h^3c^2} = 5.67×10^-8W/(m^2· K^4)（斯蒂芬 - 玻尔兹曼常数）。
三、维恩位移定律。
1. 描述。
- 维恩位移定律指出黑体辐射光谱中辐射最强的波长λ_max与黑体的绝对温度T成反比。
随着温度的升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动。
2. 公式。
- λ_maxT = b- 其中，b = 2.898×10^-3m· K。
planck定律
planck定律摘要：1.普朗克定律的背景和意义2.普朗克定律的公式和物理意义3.普朗克定律在量子力学中的应用4.普朗克定律对现代科学的影响和启示正文：普朗克定律，全称为普朗克辐射定律，是德国物理学家马克斯·普朗克于1900年提出的。
这一定律在物理学中具有重要的地位，被认为是量子力学的基石。
它为解释黑体辐射现象提供了一种理论依据，从而推动了量子力学的发展。
普朗克辐射定律的公式为：E = hf，其中E表示能量，h表示普朗克常数，f表示频率。
这个公式表明，能量与频率成正比，且能量的量子化是由普朗克常数决定的。
普朗克常数的数值约为6.626×10^-34 J·s，是物理学中的一个基本常数。
普朗克定律的物理意义在于，它揭示了微观世界的能量是离散的，而非连续的。
这一观点在当时是一个革命性的发现，因为它与经典物理学的连续性原理相悖。
普朗克定律的提出，标志着物理学进入了量子时代。
在量子力学中，普朗克定律有着广泛的应用。
例如，它为理解原子的结构和性质提供了理论基础。
通过普朗克定律，我们可以知道原子中的电子只能存在于特定的能级上，而不能存在于任意能量状态。
此外，普朗克定律还为研究分子、固体等物质的性质提供了一个理论框架。
普朗克定律对现代科学产生了深远的影响。
它不仅推动了物理学的发展，还为其他科学领域提供了启示。
例如，在生物学中，有学者认为生命现象也可以用量子力学原理来解释。
此外，普朗克定律还为能源科学、材料科学等领域的研究提供了理论支持。
总之，普朗克定律在物理学和现代科学领域具有重要的地位。
它不仅揭示了微观世界的能量量子化现象，还为许多科学研究提供了理论基础。
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2441.4 1775.7 1517.6 1382.2 1259.3
E T 的理论值与实测值相差不大 2、验证斯忒藩－玻耳兹曼定律。
选择黑体辐射定律菜单下斯忒藩－玻耳兹曼定律。 选择5个寄存器中的数据，再单击单确击定。
相对误差=1.16% 3、验证维恩位移定律 。
选择验证黑体辐射定律菜单下维恩位移定律。 选择5个寄存器中的数据，再单击确定。
软件中存了一条色温为2940K的溴钨灯的标准能量线
5、点击“传递函数”、“修正为黑体”√为
6．在表1中任选一工作电流，点击黑体扫描，输入相对 应的色温，记录溴钨灯光源在传递函数修正和黑体修正 后的全谱存于寄存器－内 ，然后归一化，如图所示。
7、改变溴钨灯工作电流，在表1中任选4个选电选择择流归值一，化分别
c2
3
h
e
1
kT
1
普朗克得到上述公式后意识到，如果仅仅是一个 侥幸揣测出来的内插公式，其价值只能是有限的。 必须寻找这个公式的理论根据。他经过深入研究后 发现：必须使谐振子的能量取分立值，才能得到上 述普朗克公式。
能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作 谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些 谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振 子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相 应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍， 即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
维恩经验公式
M0
(T
)
C e 5
C2
T
1
这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长 很长处与实验曲线相差较大。
瑞利--金斯经验公式
M 0 (T ) C34T
这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近， 但在短波区，按此公式，M 0 将随波长趋向于零而 趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。
x
普朗克公式可改写为： M
0
(x,T
)
C1k 4T h4c4
4
x3 ex 1
黑体的总辐出度：
M 0 (T )
0
M 0 (T
)d
C1k 4T h4c4
4
0
e
x3 x
1
d
x
其中：
0
e
x3 x
1
d
x
0
ex x3 1 ex
d
x
0
ex x3
enx
n0
d
根据实验得出黑体辐射的两条定律： （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律
黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比 ：
M 0 (T ) T 4 斯特藩常数 5.67 108 W/(m2 K4 )
热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。
（2） 维恩位移定律
对于给定温度T ，黑体的单色辐出度
最大值,其对应波长为 m。
对于频率为ν的谐振子最小能量为
h
能量
经典 量子
振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到 另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克由玻 尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得到黑体的
单色辐出度，即普朗克公式。
能量子的概念是非常新奇的，它冲破了传统 的概念，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。由于普朗克发现了能 量子，对建立量子理论作出了卓越贡献，获1918 年诺贝尔物理学奖。
“最小值”为“0.0” 。（“最大值”与狭缝宽度有
关，宽度越大，能量越大，“最大值”最多能调节
“为传“递1函00数00””）为
选择计算传递函数
“修正为黑体 ”为
4、选择溴钨灯色温为2940K对应的工作电流，点击单程 扫描记录溴钨灯光源全谱（不含传递函数和黑体修正）。 得到如图所示的扫描线，然后计算传递函数
接收器 光栅 白板
黑体
黑体修正
本实验用溴钨灯的钨丝作为辐射体，由于钨丝
灯是一种选择性的辐射体，与标准黑体的辐射光谱
有一定的偏差，因此必须进行一定修正。钨丝灯辐
射光谱是连续光谱，其总辐射本领 RT 由下T 为钨丝的温度为T 时的总辐射系数，其值为该温度
下钨丝的辐射强度与绝对黑体的辐射强度之比：
大学物理实验
黑体辐射实验
一、实验目的
1、了解和掌握黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射 定律
2、了解和掌握黑体辐射的积分辐射——斯忒藩玻尔 兹曼定律
3、了解和掌握维恩位移定律
重点：WGH—10黑体实验仪的原理和使用方法 难点：通过实验掌握黑体辐射的光谱分布规律
二、实验原理
1. 热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的 电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而 发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特 征仅与温度有关。
1
hc
ekT 1
h 6.6260755 1034 J s 普朗克常数
这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符 合得很好。
M 0 (T )
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o 1 23 4 5
6 78
/μm
普朗克公式还可以用频率表示为：
M 0 (T )
2h
M有一0
T m b
b 2.897 103 m K
热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着 短波方向移动。
例 试从普朗克公式推导斯特藩-玻尔兹曼定律
及维恩位移定律。
解：在普朗克公式中，为简便起见，引入
C1
2hc2 ,
x
hc
kT
则
d
x
hc
2kT
d
d
hc kTx2
d
A
L1
B1
P L2
B2
C
A为黑体 B1PB2为分光系统
C为热电偶
测定黑体辐出度的实验简图
实验曲线
M 0 (T ) /(W cm2 m1)
/ m
01 234 5
绝对黑体的辐出度按波长分布曲线
3. 普朗克量子假设
问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式
M0 (T ) f (,T )
进行黑体扫描，输入相应的色温，记录全谱，并分别存于
其余4个寄存器内。
寄存器选择
8、分别对各个寄存器内的数据进行归一化。
单击
五、实验数据及数据处理
1、验证普朗克辐射定律（取五个点，每条曲线上取一个）。
打开五个寄存器中的数据，显示五条能量曲线。 选择验证黑体辐射菜单中的普朗克辐射定律
在界面弹出的数据表格中点击计算按钮。
不同的仪器溴钨灯的工作电流与色温的对应关系不同， 对应关系表格编号应与溴钨灯的仪器编号相同。
溴钨灯工作电流与色温对应关系表（表1）
电流(A) 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 2.30 2.50
色温(K) 2250 2330 2400 2450 2500 2550 2600 2680 2770 2860 2940
四、实验内容
1、打开黑体辐射实验系统电控箱电源及溴钨灯电源开关。 溴钨灯电 源开关
电控箱电 源开关
2、打开显示器电源开关及计算机电源开关启动计算机。
3、双击“黑体”图标进入黑体辐射系统软件主界面， 此时仪器进入自到检零状态。
设置：“工作方式”——“模式”为“能量”、“间隔”为
““止工1波n作m长”范”围为”“—双2—4击9“9起.9n始m波”、长“”最为狭大“节缝值8旋宽0”0钮度.为0调n“m”4、00“0.0终”、
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K 1400K
物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。
绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸 收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。
2. 黑体辐射实验规律
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。
研究黑体辐射的规律 是了解一般物体热辐射 性质的基础。
x
0
x e3 (n1) x
dx
n0
由分部积分法可计算：
0
x e3 (n1) x
d
x
(n
6 1)4
所以
M 0 (T )
C1k 4T 4 h4c4
n0(n
6 1)4
C1k 4T 4 h4c4
4
15
T 4
2k 4
h3c2
4
15
5.6693108
相对误差=1.97%
选择 选择
4、将以上所测辐射曲线与绝对黑体的理论曲线进行
比较并分析之 （在同一色温下）。
六、思考题
1、实验为何能用溴钨灯进行黑体辐射测量并进行黑体辐射
定律验证？
单击
2、实验数据处理中为何要对数据进行归一化处理？
3、实验中使用的光谱分布辐射度与辐射能量密度有何关系？
维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的 方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符， 明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是 物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。
为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适 用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公 式衔接 起来，提出了一个新的公式：
M 0 2hc25
设计表格，记录数据。注：为了减小误差，选取曲线上 能量最大的那一点。
表2：
波长 (nm)