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13.5 能量量子化
形形色色的電磁波
1. 概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫做熱輻射。
固體在溫度升高時顏色的變化
1400 K
800 K
1000 K
1200 K
例如：鐵塊 溫度 從看不出發光到暗紅到橘紅到黃白色。
一、熱輻射現象
如：一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈
昏黃色
接近白色
2. 特征：輻射強度及波長的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。
注意： 激光、日光燈發光不是熱輻射。
低溫物體發出的是紅外光；
熾熱物體發出的是可見光；
高溫物體發出的是紫外光。
3. 熱輻射的主要成分：室溫時，波長較長的電磁波；高溫時，波長較短的電磁波。
“非典”期間，很多地方用紅外熱像儀監測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？
即時討論1
物體除了輻射電磁波外，還會吸收、反射外界射來的電磁波。
不透明體
外來各種波長的輻射能
反射某些波長的輻射能
吸收某些波長的輻射能
（隨物而異）
發射各種波長的熱輻射能
（隨物而異）
T
T
一
處
于
某
溫
度
實際物體熱輻射的復雜性
（隨物而異）
熱輻射的輻射強度與溫度、物體種類及其表面情況有關，太復雜了！
怎么去研究熱輻射的客觀規律呢？
黑體：如果一個物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波，而不發生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。
黑體模型
不透明材料
制成的帶小孔的空腔
空腔上的小孔
二、黑體與黑體輻射
注意：（1）黑體是個理想化的模型。
（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
平行光管
三棱鏡
T
T
空 腔
1、實驗原理及裝置圖：加熱空腔使其溫度升高，小孔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。
三、黑體輻射的實驗規律
1700k
1500k
1300k
特點：隨溫度的升高
①各種波長的輻射強度都在增加；
②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。
2、黑體輻射的實驗規律
哪里是黑體？哪里是黑體輻射？
用心觀察圖中居民樓，如果從遠處看窗子，有的較亮些，有的較暗些，為什么？
即時討論2
3. 經典物理學所遇到的困難
1) 維恩的半經驗公式：
短波符合，長波不符合
2) 瑞利 ─ 金斯公式：
長波符合，短波荒唐
── 紫外災難
實驗
瑞利-金斯線
維恩線
T=1646k
普朗克能量子假說
1. 輻射物體中包含大量振動著的帶電
微粒，它們的能量是某一最小能量
的整數倍：E = nε n = 1，2，…
2. ε 叫能量子，簡稱量子，n 為量子數，它只取正整數 — 能
量量子化；
3. 諧振子只能一份一份按不連續方式輻射或吸收能量；
4. 對于頻率為 ν 的諧振子，最小能量為：
h = 6.626 10 ─34 J·s — 普朗克常量
能量
量子
經典
四、能量子：超越牛頓的發現
黑體輻射公式
1900 年 10 月19 日，普朗克在
德國物理學會會議上提出一個黑體
輻射公式
M.Planck 德國人 1858－1947
五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射
h = 6.626 10 ─34 J·s
五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射
實驗
瑞利-金斯線
維恩線
T=1646k
普朗克線
普朗克
能量量子化 ─ 物理學的新紀元
牛頓以來物理學最偉大的發現之一
跨出了真正說明物質世界量子性的第一步
愛因斯坦
Planck 拋棄了經典物理中的能量可連續變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創物理學研究新局面，標志著人類對自然規律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。
死后他的墓碑上只刻著他的姓名和
h = 6.626 10 ─34 J·s
1 下列敘述正確的是 ( )
A. 一切物體都在輻射電磁波
B. 一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關
C. 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫
度有關
D. 黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波
ACD
2.　關于對黑體的認識，下列說法正確的是(　　)
A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關
C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關
D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體
C
A
3.紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是(　　)
A.紅光 B.橙光
C.黃光 D.綠光
4.小燈泡的功率P＝1 W，設其發出的光向四周均勻輻射，平均波長λ＝10－6m，求小燈泡每秒鐘輻射的光子數是多少？
(h＝6.63×10－34 J·s)
解析　每秒鐘小燈泡發出的能量為E＝Pt＝1 J
1個光子的能量：
小燈泡每秒鐘輻射的光子數：
1. 熱輻射現象
2. 黑體與黑體輻射
黑體：吸收而不反射電磁波
3. 黑體輻射的實驗規律
溫度升高，輻射強度增加；
輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
4. 能量子：超越牛頓的發現
5. 普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射
ε =hν
h=6.626 10-34J·s ——普朗克常量

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