物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理学习现代物理学发展史的重大意义：1）科学家如何抓住机遇，克服困难，勇于突破 传统观念束缚的创新思想和锲而不舍的探索精神，以 及作为一个成功者所具有的高尚品德.2）科学发展不是一帆风顺的，有成功也有失败 ，而且科学争论永远不断，正是不同学术观点之间的 科学争论的不断产生和解决推动着人类科学认识的不 断深入和发展.科学对于人类事务的影响有两种方式：第一种方 式是大家熟知的：科学直接的并在更大程度上间接地 产生出完全改变人类生活的工具；第二种方式是教育 的性质它作用于心灵. 爱因斯坦物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已 有一百多年的历史. 其间，经过爱因斯坦、玻尔、德 布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理 大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代就建立了一套 完整的量子力学理论.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学 相 对 论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二象性的认识物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理一 黑体 黑体辐射 热辐射 任何物体在任何温度下都会发射不同频率的电磁波的现象为热辐射.物体在任何时候都存在发射和吸收电磁辐射的过程. 实验证明热辐射具有如下规律:1. 辐射能量按频率的分布随温度而不同.2. 不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能力不同; 同一物体在某一频率范围发射越强, 吸收也越强 .物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理 黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电 磁辐射的物体称为黑体 .（黑体是理想模型）物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理1.单色辐射出射度 单位时间内从物体单位面积发 出的频率在 附近单位频率区间（或波长在 附近单 位波长区间）的电磁波的能量 .单色辐射出射度 单位：单色辐射出射度 单位： 定量研究热辐射的有关物理量2.辐射出射度（辐出度）单位时间，单位面积上所 辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶测量黑体辐射出射度实验装置二 斯特藩 玻耳兹曼定律 维恩位移定律物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理（1）斯特藩玻耳兹曼定律斯特藩玻耳兹曼常数（2）维恩位移定律常数峰值波长 0 1000 20001.00.5可见光区3000K6000K黑体单色辐出度实验曲线物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理可 见 光6000K3000K0.5 1.00.51.0黑体单色辐出度实验曲线 和 关系物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理例1 （1）温度为室温 的黑体，其单色辐出度 的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体单色辐出 度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内 ，其温度应为 多少？（3）以上两辐出度之比为多少？ 解:（2）取（1）由维恩位移定律（3）由斯特藩玻耳兹曼定律物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理例2 太阳的单色辐出度的峰值波长 ，试由此估算太阳表面的温度.解由维恩位移定律对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理0 1 2 3612345瑞利 - 金斯公式实验曲线* * * * * * * 三 黑体辐射的瑞利金斯公式 经典物理的困难瑞利 - 金斯公式紫外灾难物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式（1900 年）普朗克常量 能量子普朗克假设：金属空腔壁中电子的振动可视为一 维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量是量子化的 （不连续）.普朗克黑体辐射公式 带电谐振子吸收或发射能量为 物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理0 1 2 36瑞利 - 金斯公式12345普朗克公式的理论曲线实验值* * * * * * *物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858 1947） 德国理论物理 学家，量子论的奠基人.1900年12 月14日他宣读了以关于正常光谱中能量分布定律的理论为题的论 文，提出能量量子化的假设，并导 出黑体辐射能量分布公式. 劳厄称 这一天是 “量子论的诞生日”.1905年爱因斯坦在能量量子化的启发下提出了光 量子的假设, 并成功解释了光电效应.物理学教程 （第二版）16 1 黑体辐射 普朗克能量子假设第十六章 量子物理量子观念在“非难”中得到发展.普朗克晚年对自己工作的评论:“ 我徒劳无益的使基本量子论 和经典理论一致的企图继续了许多 年花了我极大的精力，我的同行中 的许多人几乎把这看成悲剧，但我 对他的看法是不同的，因为我从这 工作中得到的对我的想法的深刻的 澄清，对我有极大的价值. 现在我 的确知道，作用量子的基本意义比 我原来所想象的的要大得多.”诚实、严谨 的科学态度