黑体与黑体辐射

1．普朗克黑体辐射理论1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。

2．了解能量子假说，了解普朗克提出的能量子假说的意义，学习科学家的科学探究精神。

3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。

知识点 1 黑体与黑体辐射1．黑体(1)定义：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。

(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。

(3)黑体辐射特点：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。

2．黑体辐射的实验规律(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有__增加__；(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长__较短__的方向移动。

知识点 2 能量子1．普朗克的假设组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__整数倍__。

即能的辐射或者吸收只能是__一份一份__的。

这个不可再分的最小能量值ε叫作__能量子__。

2．能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为__普朗克常量__。

h＝__6.626×10－34__ J·s。

(一般取h＝6.63×10－34J·s)3．能量的量子化微观粒子的能量是__量子化__的，或者说微观粒子的能量是__分立__的。

这种现象叫能量的量子化。

探究黑体辐射的规律┃┃情境导入__■黑体辐射电磁波的强度按波长的分布如图所示，当温度从1 300 K升高到1 700 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？提示：变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。

┃┃要点提炼__■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。

向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量
黑体与黑体辐射
二、黑体与黑体辐射
创新微课
不透明1 材料
制成的带小孔的空腔
空腔壁上的小孔
物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。 如果某种物体能够在任何温度下，对入射的任何波长的电磁波 都完全吸收，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
黑体与黑体辐射
创新微课
2. 热辐射的原因：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，形成连续的电磁波谱。
1
3. 特点：辐射强度及波长成分的分布随温度变化；随着 温度的升高，电磁波的短波成分增加。
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
三、黑体辐射的实验规律
创新微课
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
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。 1
T
T
空腔
平行光管
三棱镜
黑体与黑体辐射
创新微课
2. 辐射强度 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射
能，称为辐射强度。（了解）
1
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②绝对黑体的温度升高时，辐射 强度的最大值向短波方向移动。
黑体与黑体辐射
创新微课
3. 经典物理学所遇到的困难：
M ,T 实验值
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云。
瑞
紫
利
外
灾1 金
难
斯 线
─

M (T ) = ∫ M λ (T )dλ
0
∞
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斯特藩-玻尔兹曼定律
1879年奥地利物理学家斯特藩 从实验中发现：黑体的单色幅出 度 M（T） 与波长 λ 之间的关系如图 λ 所示：
M λ (T )
M ν (T )
6000k
6000k
3000k
3000k
λ(nm)
ν
下一页
斯特藩得出曲线的面积，即黑体的 幅出度 M（T） 与黑体的热力学温度T的 四次方成正比，即
Mν (T ) = M λ (T )
M λ (T )
M ν (T )
6000k
λ
2
3000k
c
ν
6000k
3000kλ(nm)返回λ 随着黑体温度的升高，每一曲线的峰值波长 m 与 Τ-1 成比例的减小，韦恩找到他们的关系：
维恩位移定律
λm Τ = b
式中b为常数，其值为 2.898 ×10-3 m • K.上式表明， 当黑体的热力学温度升高时，在 M λ ( T ) − λ 曲线 上，与单色幅出度M λ (T ) 的峰值相对应的波长λm 向短波方向移动，这称为维恩位移定律体辐射强度 的瑞利－金斯定律在辐射频率趋向于无穷大 时计算结果和实验数据无法吻合的物理史事 件。黑体辐射试验后，瑞利、金斯和韦恩分 别对试验进行了基于经典物理情景下的公式 耦合，但是瑞利金斯的公式在长波也就是靠 近红光区的部分与实验耦合的很好，但是当 波长趋近于零的时候，公式所得出的功率或 者能量数值趋近于无穷大，这被称为紫外灾 紫外灾 难
ε = hν
普朗克常数
h = 6.626 ×10-34 Js
3) 空腔壁上带电谐振子吸收或发射的能量，只能是 hν 的整 空腔壁上带电谐振子吸收或发射的能量， 数倍， 数倍，即 n = 1,2,3L E = nhν

第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论【学习目标】1．知道黑体、黑体辐射的概念。

2．了解黑体辐射的实验规律。

3．知道能量子的概念，会计算能量子大小。

4．了解普朗克量子假说。

预习学案一、黑体与黑体辐射黑体辐射的实验规律1．黑体能够完全入射的各种波长的电磁波而不发生的物体。

2．黑体模型如图所示，在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次和，最终不能从空腔射出。

这个带小孔的空腔就可以近似为一个。

黑体是一个理想化的物理模型。

3．黑体辐射黑体虽然不电磁波，却可以向外电磁波，这种辐射叫作黑体辐射。

4．黑体辐射的实验规律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，如图所示。

二、能量子1．定义组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的。

当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作。

2．能量子大小ε＝hν，其中ν是带电微粒的振动频率，h称为，h＝6.626 070 15×10－34J·s （一般取h＝6.63×10－34 J·s）。

3．能量的量子化微观粒子的能量是的，或者说微观粒子的能量是的。

课堂学案：［典例1］［多选］黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）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长的方向移动［典例2］［多选］某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光。

已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的（）A．是紫外线B．是红外线C．一个光子的能量约为1.3×10－18 J D．光子数约为每秒3.8×1016个达标学案：1．能正确解释黑体辐射实验规律的是（）A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．牛顿提出的微粒说D．惠更斯提出的波动说2．关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（）A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．物体温度越高，辐射强度越大C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色3．［多选］下列说法正确的是（）A．只有温度高的物体才会有热辐射B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量C．黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以向外辐射电磁波D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关4．对黑体辐射电磁波的强度按波长的分布有影响的因素是（）A．温度B．材料C ．表面状况D ．以上都正确5．［多选］下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是（ ）A ．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B ．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C ．黑体热辐射的强度与波长无关D ．黑体辐射无任何规律6．［多选］在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。

答案:BCD
解析:在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大
的,也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间,故选项
A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐
射的强度越大,则辐射强度的极大值也越大,故选项C正确;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,故选项D正确。
三 能量子
典例剖析
小灯泡的功率P=1 W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波
长λ=10-6 m,求小灯泡每秒辐射的能量子数是多少?
(h=6.63×10-34 J·s)
答案:5×1018
解析:每秒小灯泡发出的能量为E=Pt=1 J
1个能量子的值为

ε=hν= =
.×- ××
上述变化都将反过来,故选项A、C、D正确,B错误。
学以致用
(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是(
)
A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,
也不是最小的,而是处在最大波长与最小波长之间
C.温度越高,辐射强度的极大值就越大
D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短
人称之为 普朗克常量 ,其值为h = 6.626 070 15×10-34 J·s。
3.普朗克的假设内容:微观粒子的能量是 量子化 的,或者
说微观粒子的能量是分立的。
微训练2下列能正确解释黑体辐射实验规律的是(
)
A.能量连续的经典理论
B.普朗克提出的能量量子化理论
C.能量连续的经典理论和普朗克提出的能量量子化理论都
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
答案:AD

高中物理黑体辐射的三个公式（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，因此叫做热辐射。

2、黑体：能够完全吸收入射的各种电磁波而不发生反射的物体叫做黑体。

3、黑体辐射：(1)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。

(2)随温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强度都有增强；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

（二）、普朗克的能量量子化假说1、能量量子化：黑体的空腔壁由大量振子（振动着的带电微粒）组成，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，并以这个最小能量值为单位不断地辐射或吸收能量。

2、能量子：（1）定义：不可再分的最小能量值ε。

（2）关系式：ε=hν，ν是电磁波的频率_；h是普朗克常数，h=________。

（一）基本概念1光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。

2光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。

3光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。

4.光照强度：单位时间照到单位面积上光子的总能量。

公式A=Nh/tS5.逸出功：使电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同，同一种金属的逸出功一定。

6.金属的截止频率：电子吸收频率为的光子能量后，刚能够电离，即刚能克服逸出功。

这种光子的频率等于金属的截止频率。

（二）光电效应的规律规律1.产生条件：任何一种金属，都有一个极限频率（又叫截止频率，以ν0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。

（1）实验现象：可见光照射锌板，无论光有多强，照射时间有多长，验电器箔片不张开；弧光灯（产生紫外线）照射，无论光多微弱，照射时间多短，箔片都会张开。

（2）经典电磁理论解释：电子会吸收多个光子，能量累加，总会飞出去。

事实是“可见光照射锌板，无论光有多强，照射时间有多长，验电器箔片不张开”，所以无法解释，需出现新理论。

黑体与黑体辐射课件
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
• 黑体的定义与特性 • 黑体辐射的基本原理 • 黑体辐射的测量与计算 • 黑体辐射的应用 • 黑体辐射的研究进展与未来展望
目录
CONTENTS
01
黑体的定义与特性
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
热力学
黑体辐射是热力学的重要概念，用于描述物质与辐射相互作用的 规律，是理解热力学过程的基础。
光学
黑体辐射在光学领域的应用主要体现在光谱分析和光谱仪器上，如 黑体辐射计用于测量物体的光谱辐射特性。
原子分子物理
黑体辐射理论在原子分子物理领域中用于描述原子能级跃迁和辐射 的规律。
在工程领域的应用
能源工程
测量误差
由于测量设备的精度限制和环境 因素的影响，测量结果存和实际物理现象之 间的差异，计算结果存在误差。
实验误差
由于实验操作和数据处理过程中 的误差，导致实验结果存在误差
。
04
黑体辐射的应用
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
在物理领域的应用
未来研究展望
探索新型黑体辐射材料
随着新材料技术的不断发展，未来将会有更多新型的黑体 辐射材料被发现和应用，为相关领域的发展提供新的可能 性。
深入研究黑体辐射的机理
目前对黑体辐射的机理仍存在一些未解之谜，未来研究将 进一步深入探索黑体辐射的物理机制和数学模型，提高理 论预测的精度和可靠性。
拓展黑体辐射的应用领域
黑体辐射的计算公式
普朗克辐射定律
维恩位移定律
描述了黑体辐射的能量分布与波长和 温度之间的关系，是计算黑体辐射的 基础公式。

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 h6.6 313 0j4•s
γ~ 电磁波的频率
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 )
6.要求学生仔细阅读文本，结合文本 内容分 析“成长” 的含义 即可。 注意从 两方面 。一方 面特教 学生的 成长； 另一方 面：特 教老师 和校长 的心路 历程的 成长。 注意结 合内容 阐述。
7.．作者选择一个诗意场景和象征性 物象，“ 花开、 微风、 花香”， 渲染一 种美好 的氛围 ，暗示 人们对 美好事 物的向 往和追 求，结 尾再次 照应渲 染升华 主题， 达到“ 妈妈”和 “花”互 喻的效 果。文 字诗意 灵动， 唤起读 者的审 美感受 ，暗示 并赞美“ 妈妈” 最善最 美的心 灵
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.
学习互动
例2 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h=6.63×10-34 J·s,光速 c=3×108 m/s.求:
(1)萤火虫每秒钟辐射的光子数;

开水向外辐射的每一份能量很小，而水降低1℃释放 的能量很大，由于温度计精确度不够，所以观察的到的温 度计温度不是一段一段地降低.
3.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围400~760nm. 400nm、700nm电磁波辐射的能量子ɛ的值是多少？ （1nm=10-9m）
解：因为光速为c，所以
y
λ
T
人教物理选择性必修3
第
四
章
原
子
பைடு நூலகம்
1
结 构 波 粒 二 象
普朗克黑体辐射理论
性
思考与讨论 从远处看，窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
一 黑体与黑体辐射 1.黑体 1）定义： 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。
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。
c
h h c
ｖ
f x
T
λ=400nm时，
h
c
6.63 10 34 3108 4 10 7
J
4.97 10 19 J
λ=760nm时，
h
c
6.63 10 34 3108 7 10 7
J
2.84 10 19 J
4.红、橙、黄、绿四种单色光，能量最小的是 （ A ）
A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光
2.表达式
h
ν—电磁波的频率
微观物理学中 f
h—普朗克常量h=6.626×10-34J·s
3.能量的量子化： 在微观世界里能量不是连续的，而是一份一份的，即是量子化 的，或者说微观粒子的能量是分立的。
4.普朗克量子化理论的意义 1）破除“能量连续变化”的传统思想，是物理新思想的基石之一. 2） 开创物理学新纪元，为量子力学的诞生奠定了基础. 3） 标志着人类对自然规律的认识从宏观进入微观领域.

普朗克黑体辐射理论教学目标1.知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。

2.了解能量子假说，领会科学解释中的科学假说方法。

3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。

教学重难点教学重点1.通过对不同温度下黑体辐射强度与波长关系的实验图像的分析，让学生感悟以实验为基础的科学探究方法。

教学难点1.认识能量量子化假说。

教学准备弹簧振子、多媒体课件教学过程新课引入情景引入：量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。

图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。

那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的呢？讲授新课一、黑体与黑体辐射在介绍黑体和黑体辐射之前，先回顾“热辐射”的知识。

1.热辐射定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。

2.黑体教师设问：对于一般物体，除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波，也就无法排除物体反射外界电磁波的影响而单独研究热辐射。

有没有能完全吸收电磁波的物体？它是怎样吸收电磁波的？实例分析：如图4.1-1，在空腔壁上开一个很小的孔，从小孔射入空腔的光能反射出来吗？能看清小孔里的情形吗？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，我们也就不能看清小孔里的情形。

定义：这种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。

带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体。

3.黑体辐射定义：黑体虽然不能反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫做黑体辐射。

为什么要研究黑体辐射呢？大量实验结果表明，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。

所以，它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。

二、黑体辐射的实验规律如图 4.1-2是黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况，横坐标是辐射电磁波的波长，纵坐标表示对应波长电磁波的辐射强度。

答案：AD 规律方法： 1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。 2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。
4、下列叙述错误的是( B ) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,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错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。
A.T1>T2 B.T1<T2 C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低 D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动
解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间 的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而 不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各 种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以 看出,λ1<λ2,T1>T2,本题正确选项为A、D。
普朗克黑体辐射的概念。 2.了解黑体辐射的实验规律。 3.知道能量子概念,能说出普朗克提出的能量子假说内容。 4.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
新课导入
一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远 处看窗内，你会发现什么？为什么？
向远处观察打开的窗子近似黑色。
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的 能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只 能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热 辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律 的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 1918年他荣获诺贝尔物理学奖。

4.1普朗克黑体辐射理论基础导学要点一、黑体与黑体辐射（一）黑体与黑体辐射1．黑体：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．2．黑体辐射(1)定义：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．(2)黑体辐射特点：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．（二）黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．要点二、能量子1．定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．表达式：ε＝hν.其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率．h 称为普朗克常量．h＝6.626 070 15×10－34 J·s.3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．要点突破突破一：对黑体的理解1．对黑体的理解（1）黑体是一个理想化的物理模型，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，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。

(2)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．2．一般物体与黑体的比较(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，如图所示。

突破二：普朗克的量子化假设1．普朗克的量子化假设(1)能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，例如可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

摘要自然界一切温度都高于绝对零度的物体（物质）无不在每时每刻产生着红外辐射，且这种辐射都载有物体的特征信息。

本文第一部分介绍了黑体和黑体辐射，讨论了黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律；第二部分讨论了红外传输理论，即红外辐射在大气中传输时发生衰减的物理起因和余弦定律；第三部分介绍了微光及微光探测理论，主要解释了发射率和实际物体的辐射。

关键词：黑体黑体辐射黑体辐射红外微光探测目录摘要 (I)第一章序言 (1)第二章黑体辐射理论 (2)2.1黑体和黑体辐射 (2)2.2基尔霍夫辐射定律 (3)2.3维恩位移定律 (6)2.4瑞利—金斯公式 (9)2.5普朗克公式 (9)2.6 Stefan-Boltzmann定律 (11)第三章红外传输理论 (13)3.1红外辐射在大气中的传输 (13)3.2Lambert定律 (13)第四章红外与微光探测理论 (16)4.1实际物体的辐射力 (16)4.2实际物体的定向辐射强度 (16)4.3物体发射率的一般变化规律 (18)4.4灰体的概念及其工程应用 (19)第五章结论 (20)参考文献 (21)第一章 序言自从英国天文学家赫谢耳（Herschel ）在1800年发现红外线以来，随着红外辐射理论、红外探测器、红外光学以及红外探测及跟踪系统等的发展，红外技术在国民经济、国防和科学研究中得到了广泛的应用，已成为现代光电子技术的重要组成部分，受到世界各国的普遍关注。

其中研究热辐射的基本规律是红外物理的基本内容，本文首先讨论任意物体在热平衡条件下的辐射规律，即基尔霍夫定律。

接着讨论黑体的辐射规律，即基尔霍夫辐射定律、维恩位移定律、瑞利—金斯公式、普朗克定律、斯蒂藩—玻尔兹曼定律。

基尔霍夫定律是热辐射理论的基础之一。

它不仅把物体的发射与吸收联系起来，而且好指出了一个好的吸收体必然是一个好的发射体。

普朗克公式在近代物理发展中占有极其重要的地位。

黑体辐射和能量量子化电子、原子、分子和光子等微观粒子，具有波粒二象性的运动特征。

这一特征体现在以下的现象中，而这些现象均不能用经典理论来解释，由此人们提出了量子力学理论，这一理论就是本课程的一个重要的基础。

黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。

带有一微孔的空心金属球，非常接近于黑体，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、使射入的辐射实际上全部被吸收。

当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸出。

一个吸收全部入射线的表面称为黑体表面。

一个带小孔的空腔可视为黑体表面。

它几乎完全吸收入射幅射。

通过小孔进去的光线碰到内表面时部分吸收，部分漫反射，反射光线再次被部分吸收和部分漫反射……，只有很小部分入射光有机会再从小孔中出来。

任何一个物体，在任何温度下都要发射电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁辐射的现象，称为热辐射。

另一方面，物体在任何温度下都会接收外来电磁辐射，除一部分反射回外界外，其余部分都被物体所吸收，这就是说，物体在任何时候都同时存在着发射和吸收电磁辐射的过程。

实验表明，不同物体在某一频率范围内发射和吸收电磁辐射的能力是不同的，例如，深色物体吸收和发射电磁辐射的能力比浅色物体要大一些，可以证明对同一个物体来说，若它的某频率范围内发射电磁辐射的能力越强，那么，它吸收该频率范围内电磁辐射的能力也越强；反之亦然。

黑体一般来说，入射到物体上的电磁辐射，并不能全部被物体所吸收，物体吸收电磁辐射的能力随物体而异，通常人们认为最黑的煤烟，也只能吸收入射电磁辐射的95%，我们设想有一种物体，它能吸收一切外来的电磁辐射，这种物体称之为黑体（也称绝对黑体）。

黑体只是一种理想模型，设想在一个由任意材料（钢、铜、陶瓷或其他）做成的空腔壁上开一个小孔，小孔口表面就可近似地当作黑体，这是因为射入小孔的电磁辐射，要被腔壁多次反射，每反射一次，腔壁就要吸收一部分电磁能，以致射入小孔的电磁辐射很少有可能从小孔逃逸出来。

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黑体在自然界是不存在的，只是一种理想模型。在一个几 乎密闭的空腔容器上开一个小孔，容器内壁涂黑，当光自小 孔进入空腔后，在空腔内壁多次反射、吸收，从小孔出来的 光很小，对空腔外的观察者来说，空腔上的小孔的单色吸收 比对任何波长都非常接近于1。因此可将空腔上的小孔近似 看成黑体。
5.67051 10 8W /(m2 K 4 )
是一个普适常数，称为斯忒藩－ 玻尔兹曼常量，这个规律称为斯忒 藩－玻尔兹曼定律。 物理科学与信息工程学院 6
Boltzmann with his wife Henrietta in 1875
1893年德国物理学家维恩 (WilhelmWien ,1864-1928)根据实 验得出，黑体辐射时，单色辐出 度的极大值所对应的波长与绝对 温度成反比，即
黑体的吸收比与波长、温度无关，它是等于1的常数。 由基尔霍夫定律，可得
M B ( , T ) M B ( , T ) f ( , T ) AB ( , T )
可见，上述的普适函数就是黑体的单色辐出度。
即任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值都等于同一 温度下黑体的单色辐出度。 由此可见，黑体的辐射规律反映了所有物体辐射规律的共性。 因此研究黑体的辐射规律，具有非常重要的意义。
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二、黑体辐射的实验定律
测量黑体辐射的单色辐出度随波长变化的关系实 验装置如图所示。
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实验测得MB(,T)随波长和温度的变化曲线如下图 图中，每一条曲线 下的面积代表该温 度下黑体的辐射出 射度。

W B(T ) M B ( , T )d
Tm b
b是一个与温度、波长无关的常数，称为维恩常数， b＝2.898×10－3m· K，上式称为维恩位移定律。