湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：能量量子化及光的粒子性

4.热平衡状态：向外发射的电磁波能量
=从外界吸收的能量
思考与讨论2：一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，把窗内的亮度与 楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
二、黑体与黑体辐射：
1.定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的 电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称 这种物体为绝对黑体，简称黑体。
公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符,
----紫外灾难
四、能量子：超越牛顿的发现
普朗克能量子假说 *辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能 量是某一最小能量的整数倍 E=nε n=1,2,… ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量
量子化
* 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量
面射出的电子，后来，这些电子被称作光 电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电 效应。人们本着对光的完美理论（光的波 动性、电磁理论）进行解释会出现什么结 果？
普朗克后来又为这种与经典物理格格 不入的观念深感不安，只是在经过十多年 的努力证明任何复归于经典物理的企图都 以失败而告终之后，他才坚定地相信h的 引入确实反映了新理论的本质。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和
h 6.626 1034焦秒
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现 一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。 近10年以后，1897年，J.Thomson发现了 电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表
用不透明材料制成一空心容器， 壁上开一小孔，可看成绝对黑体
2.说明：
①黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 ②对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。

普郎克 （Max Karl Ernst Ludwig Plank ,1858-1947）
1918年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学 的普郎克以承认他发现能量级对物理学的进展 所作的贡献。
2．普朗克的“量子”假说
• 1900年，对热力学有长期研究的德国物理 学家普朗克综合了维恩公式和瑞利-金斯公 式，利用内插法，引入了一个自己的常数， 结果得到一个公式，而这个公式与实验结 果精确相符，它就是普朗克公式，即普朗 克辐射定律
维恩 (WilhelmWien ,1864-1928)
1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡 大学的维恩以表彰他发现了热辐射定律。
• 1893年维恩也由电磁学和热力学理论得 出了辐射能量最强的波长与黑体的温度 成反比的“位移定律”，但这两个定律 都不能具体反映辐射能量随频率和温度 的分布情况，只能在一定的范围和条件 下与实验曲线相吻合。维恩因为在黑体 辐射方面的研究成果获得了1911年诺贝 尔物理学奖
1．德布罗意波
• 1923年9月至10月间，德布罗意在连续 发表了三篇论文《辐射―波和量子》、 《光学－光量子、衍射和干涉》、《物 理学－量子、气体运动理论以及费马原 理》。在这几篇短文中，提出了“德布 罗意波”的思想。1824年，德布罗在 《量子理论研究》的博士论文中，系统 地阐述了他在前几篇文章中提出的相波 理论
经典和近代物理学史
——兼谈诺贝尔物理学奖和学的成就和基本观念 • 二、现代物理学革命的序幕 • 三、相对论的建立 • 四、量子论的初期发展与量子力学建立 • 五、原子结构理论的发展 • 六、原子核物理的建立与发展 • 七、传感及测量技术
历史回顾（I）
• 1900年普朗克量子论 • 1905年爱因斯坦相对论 • 开辟了现代物理学的新纪元 • 研究范围在空间尺度上从亚核世界到整个

“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。”
“只是，在物理学晴朗天 空的远处，还有两朵令人不安 的乌云……”
黑体辐射与“紫外灾难”
开尔文 1824～1907
阅读思考
1、当时，人们为什么要进行黑体辐射的研究？ 2、科学家试图用经典理论解释黑体辐射规律时，小结—量子化概念的发展
普朗克 1918
诺贝尔奖
1900 黑体辐射 能量子
爱因斯坦 1921
诺贝尔奖
1905 光电效应
光子
玻尔 1922 诺贝尔奖
1913 原子光谱
能级
小结
h
20世纪 量子力学
蓝星温度是 多少度呢？
怎么办？
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，这种物体就叫做黑体。
1、黑体不反射电磁波，但可以向外 辐射电磁波。
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。
想一想
生活中，哪些物体可以看作是黑体？
开孔的黑盒子 远处的窗口 烟煤 遥远的恒星
ε ＝ hν
ν是电磁波的频率，h 是一个常量， 后人称之为普朗克常量，其值为
h ＝ 6.626 070 15×10-34 J·s
想一想
你能不能找到一个实例，来区别“连续” 和“量子化”。
普朗克公式与实验结果的比较
“自然界不会突变。如果要对此提出疑问， 那么世界将会出现许多间隙，这就迫使我们去 乞求神灵来解释自然现象了。间断性同科学格 格不入。”
能量量子化
年 级：高二
学 科：物理（人教版）
热辐射
我们周围一切物体都在辐射电磁 波，这种辐射与温度有关，也称热辐 射。
观察

)
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:根据热辐射定义知A正确;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
(1)温度较低的物体不能进行热辐射。(
)
解析:我们周围的一切物体都能进行辐射。
答案:×
(2)黑体一定是黑色的。(
)
解析:黑体是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,不一定是黑色的物体。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)温度越高,热辐射中波长较长的成分越强。(
)
解析:一切物体都在辐射电磁波,温度越高,热辐射中波长较短的成
成正比,与波长成反比,与速度无关,故A正确。
答案:A
探究一
探究二
探究三
随堂检测
对黑体和黑体辐射的理解
情境导引
煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全
部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,问它的温度是否一直
在上升?
要点提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最终
一般
有关,与材料的种类、表面 与材料的种类及入射
物体
状况有关
波的波长等因素有关
辐射电磁波的强弱按波长
完全吸收各种入射电
黑体
的分布只与黑体的温度有
磁波,不反射
关
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例1某军事演习中,士兵佩戴着“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看