1、拨开黑体辐射的疑云拨开黑体辐射的疑云第二章第一节第二章第一节 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，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后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。的修补工作就行了。”-开尔文开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！在加几位罢了！开尔文
2、他还讲到：开尔文他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，人不安的乌云，-”这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？热辐射实验热辐射实验迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验经经 典典 物物 理理 学学相对论相对论量子力学的诞生量子力学的诞生一、一、热辐射热辐射1.定义：定义：物体在任何温度下都会辐射电磁波的现物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。象。2.2.原因：原因：物体分子无规则热运动，辐射电磁波。物体分子无规则热运动，辐射电磁波。3.3.特点：特点：物体温度物体温度高，高，辐射能量本领辐射能量本领强，强，电磁波的短电磁波的
3、短波波成分成分多，多，长波成分长波成分少少。（。（各种波长都有）各种波长都有）红外照相机拍摄的人的头部的红外照相机拍摄的人的头部的热图热图 热的地方显白色，冷的地方显黑色热的地方显白色，冷的地方显黑色当前位置：中工网人物频道职工风采正文采钢水温度是多少采钢水温度是多少 目光一测便知晓目光一测便知晓workercn2009/2/12 08:23来源：河北工人报 郑久强 英国英国“风筝风筝”单兵武器微光瞄准单兵武器微光瞄准镜镜在在SA80 5.56毫米枪上使用。毫米枪上使用。重不超过重不超过1千克，弱月光下观察距千克，弱月光下观察距离离600米，在星光下米，在星光下400米。米。美国美国AN/PV
4、S-5A微光夜视眼镜微光夜视眼镜 它可在它可在200米内发现人，在米内发现人，在136米内识别人，在米内识别人，在565米内发现坦克，在米内发现坦克，在395米内识别坦克。米内识别坦克。不透明体不透明体实际物体热辐射的复杂性实际物体热辐射的复杂性外来各种波长的辐射能外来各种波长的辐射能反射到外界某些波长的辐射能反射到外界某些波长的辐射能吸收某些波长的辐射能吸收某些波长的辐射能辐射各种波长的热辐射能辐射各种波长的热辐射能1.黑体黑体能完全吸收各种波长的辐射能而不发生反射，该能完全吸收各种波长的辐射能而不发生反射，该物体称为绝对黑体。简称黑体。（理想模型）物体称为绝对黑体。简称黑体。（理想模型）二
5、二.黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看可近似看作作黑体黑体。黑体模型黑体模型 研究黑体辐射的研究黑体辐射的规律是了解一般物体规律是了解一般物体热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。2.黑体平衡热辐射黑体平衡热辐射 加热一黑体，黑体所吸收的能量等于在同一加热一黑体，黑体所吸收的能量等于在同一时间内向外辐射的能量，这样的辐射称为黑时间内向外辐射的能量，这样的辐射称为黑体平衡热辐射。平衡热辐射时黑体，温度恒体平衡热辐射。平衡热辐射时黑体，温度恒定。定。3.黑体辐射实验规律黑体辐射测量的实验装置黑体辐射测量的实验装置对黑体加热达到某一
6、温度，平衡时会放出热辐射。对黑体加热达到某一温度，平衡时会放出热辐射。通过透镜、棱镜折射可得到黑体辐射的不同方向不同波长。通过透镜、棱镜折射可得到黑体辐射的不同方向不同波长。通过采集装置可得到黑体的不同波长对对应辐射能量的本领。通过采集装置可得到黑体的不同波长对对应辐射能量的本领。实验装置实验装置采采集集装装置置T平行光管平行光管 三棱镜三棱镜T加热加热0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 4.实验结果及经验结论实验结果及经验结论1.1.温度升高，黑体辐射各种波长的本领增强。温度升高，黑体辐射各种波长的本领增强。2.2.温度升高，黑体辐射本领最大
7、值向短波移动。温度升高，黑体辐射本领最大值向短波移动。5.5.理论解释理论解释实验值瑞利瑞利-金斯线金斯线o/m)(0TM维恩线维恩线12345678实验值瑞利瑞利-金斯线金斯线实验值瑞利瑞利-金斯线金斯线三.普朗克的能量子假说与黑体辐射公式1.能量子假说：1.黑体空腔壁的分子可看作振子，振子的能量是不连续的能量能量只能是 =h=h 的整数倍:2.振子辐射或吸收能量时，交换能量的最小单位是=h=h nhE 注注 ：1 1）=h=h 能量子简称量子，能量的最小单位能量子简称量子，能量的最小单位h=h=6.66.63 3 1010-34-34焦耳焦耳秒秒-普朗克常数普朗克常数 ；振子频率振子频率n
8、=1,2,3.2 2）振子能量）振子能量能量能量经典经典量子量子2.黑体辐射公式黑体辐射公式1900.12.14 普朗克在德国普朗克在德国物理学会会议上提出一个物理学会会议上提出一个黑体辐射公式黑体辐射公式M.Planck 德国人德国人 1858194712)(/32kThechTMsJ1063.634h普朗克公式图像与实验事实高度吻合普朗克公式图像与实验事实高度吻合),(0TM实验实验瑞利瑞利-琼斯线琼斯线维恩线维恩线T=1646k普朗克线普朗克线 能量子很小，宏观世界一般观测不到能量子效应，可以认为能量是连续的。因此，经典物理学可以很好的解释宏观现象的运动。但当研究原子一下的微观世界，就必
9、须考虑能量量子化。普朗克贡献普朗克贡献普朗克的能量子假说使人类认识微观世界的普朗克的能量子假说使人类认识微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量是自然界产生了革命性的影响。普朗克常量是自然界最基本的常量之一，体现了微观世界的基本最基本的常量之一，体现了微观世界的基本特征。特征。1918年普朗克因此获诺贝尔奖。他的年普朗克因此获诺贝尔奖。他的墓碑上也刻着墓碑上也刻着h=h=6.66.63 3 1010-34-34尔格尔格秒秒 普朗克这一思想是完全背离经典物理，并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
10、对，包括当时的物理受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗学泰斗-洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除种方式来消除nhEn这一关系式。它写道：这一关系式。它写道：“我试图将我试图将h 纳入经典理论的范围，但一切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这样的尝试都失败了，这个量非常顽固后来他又说：又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳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。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，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道作用量子作用量子 将在物理中发挥出巨大作用将在物理中发挥出巨大作用”。事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，普事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，1918年因此年因此而获得诺贝尔奖。而获得诺贝尔奖。
