高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册普朗克黑体辐射理论教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册普朗克黑体辐射理论教学ppt课件，共23页。PPT课件主要包含了普朗克黑体辐射理论，第1节等内容，欢迎下载使用。
19世纪，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为支柱的经典物理学体系达到顶峰。那时候，科学家普遍认为，在牛顿力学基础上形成的经典力学体系是万能的，是物质世界最终的真理。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，他们认为物理学已经发展到头了……
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈科学家只要把做过的实验再精确一下，在实验数据的小数点后面再加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的发言中他还讲到：
“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。” --开尔文勋爵--
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……”
这两朵乌云是指什么呢？
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌出了两朵鲜花。
这两朵乌云到底是怎么回事呢？
第四章 原子结构和波粒二象性
寒冷的冬季，我们喜欢围坐在炉火旁边取暖，此时，我们并未与炉火直接接触，为什么也能获得热量？
热辐射现象： 一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。
辐射规律： 1.辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波，不同波长，辐射强度不同。 2.温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化。
问题：如何研究物体的热辐射规律？
注意：物体除了自身会辐射出电磁波外，表面还会反射外界射来的电磁波。
例如：常温下我们看到的物体颜色就是物体反射了该频率的电磁波，吸收了其他频率的电磁波。一些物体看起来很黑，其实是它吸收所有电磁波，反射的电磁波很弱。
在研究物体自身的热辐射时，应避免反射电磁波的影响，那么，该如何避免呢？
理想的热辐射体是“绝对黑体”，简称“黑体”。它在任何温度下都能全部吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。
德国物理学家基尔霍夫首先提出了绝对黑体的模型。
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实验表明：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。 而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律。于是，在研究热辐射的规律时．人们特别注意对黑体辐射的研究。
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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。
瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻合，但在紫外区竟算得辐射强度为无穷大，这个荒谬的结论被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”。
维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波段却不行。
微观粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，E=nε （n=1,2,…）这个不可再分的最小能量值ε叫能量子，简称量子。n为正整数，称为量子数。
宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。
微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。 例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。
量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化 你能举出生活中“量子化”例子吗？
普朗克的量子化理论改变了人们对世界的根本认识。 1900年不仅成为新世纪的开始，也成为物理学的一个新纪元。 18年后，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。
1.在宏观尺度内研究物体的能量变化时我们可以认为：物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化。（因为每个能量子的能量很小，宏观物体的能量不连续变化非常不明显，可以忽略不计。）2.在研究微观粒子时必需考虑能量量子化。
意义： 普朗克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，提出了能量量子化、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。
1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量子假说，却受到冷遇，当时没有人相信他的假说。能量的变化竟然是不连续的，这与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”的原则直接矛盾，因此量子论出现之后，许多物理学家不予接受,物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理论性的量子假说。
遗憾的是，普朗克虽然发现了能量子，但他不能理解这一发现的意义，对自己的发现长期惴惴不安。在发现能量子之后的长达１４年时间，他总想退回到经典物理学的立场。他曾在散步时对儿子说：“我现在做的事情，要么毫无意义，要么可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。”普朗克在做出量子假说时已年过四十。他受过严格的经典物理学训练，对经典物理学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学决裂，只是迫于事实的压力，才不得不做出能量子的假说。他的能量子理论是不彻底的，他的理论还是以承认电磁波本身的连续性为基础的。他把自己的量子假说仅仅局限于粒子对电磁波的吸收和发射的特殊性上。
1905年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应；1906年，他又将量子理论运用到固体比热问题，获得成功；1912年，玻尔将量子理论引入到原子结构理论中，克服了经典理论解释原子稳定性的困难，建立了他的原子结构模型，取得了原子物理学划时代的进展；1922年，康普顿通过实验最终使物理学家们确认光量子图景的实在性，从而使量子理论得到科学界的普遍承认。科学的发展总是在困难中前进，失败不可怕，它是人类进步的阶梯。