黑体辐射规律
2023年新教材高中物理普朗克黑体辐射理论讲义新人教版选择性必修第三册
1．普朗克黑体辐射理论1．知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。
2．了解能量子假说，了解普朗克提出的能量子假说的意义，学习科学家的科学探究精神。
3．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。
知识点 1 黑体与黑体辐射1．黑体(1)定义：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__，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
(2)黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
(3)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的__温度__有关。
2．黑体辐射的实验规律(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有__增加__；(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长__较短__的方向移动。
知识点 2 能量子1．普朗克的假设组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__整数倍__。
即能的辐射或者吸收只能是__一份一份__的。
这个不可再分的最小能量值ε叫作__能量子__。
2．能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为__普朗克常量__。
h＝__6.626×10－34__ J·s。
(一般取h＝6.63×10－34J·s)3．能量的量子化微观粒子的能量是__量子化__的，或者说微观粒子的能量是__分立__的。
这种现象叫能量的量子化。
探究黑体辐射的规律┃┃情境导入__■黑体辐射电磁波的强度按波长的分布如图所示，当温度从1 300 K升高到1 700 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？提示：变强；辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短。
┃┃要点提炼__■黑体辐射的实验规律1．温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
2．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。
高中物理《波粒二象性》知识梳理
积盾市安家阳光实验学校《波粒二象性》知识梳理【能量量子化】黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
黑体辐射：黑体辐射的规律为：温度越高各种波长的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
（普朗克的能量子理论很好的解释了这一现象） 【光的粒子性】光电效：在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效，发射出来的电子叫光电子。
光电效的研究结果：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；遏止电压；截止频率：光电子的能量与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效；效具有瞬时性：光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s 。
光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为h ν。
这些能量子被成为光子。
光电效方程：0W h E k -=γ 【康普顿效】光的散射：光子在介质物质微粒相互作用，可以使光的传播方向发生改变。
在光的散射过程中，有些散射光的波长比入射光的波长略大，这种现象叫康普顿效。
光子的动量： p=h/λ 粒子的波动性光的波粒二象性：少量的光子表现出粒子性，大量光子运动表现为波动性；光在传播时显示波动性，与物质发生作用时，往往显示粒子性；频率小波长大的波动性显著，频率大波长小的粒子性显著。
光子的能量γh E = 【概率波】物质波：1924年德布罗意（法）提出，实物粒子和光子一样具有波动性，任何一个运动着的物体都有一种与之对的波，波长λ=h / p ，这种波叫物质波，也叫德布罗意波。
概率波：从光子的概念上看，光波是一种概率波。
【不确关系】。
黑体辐射的规律和结论
黑体辐射是由德国物理学家爱因斯坦在20世纪初提出的一种热辐射的理论。
黑体辐射的规律是物体的温度越高，它所发出的辐射能量就越大。
黑体辐射的结论是：物体的温度越高，它所发出的辐射能量也就越大，而且辐射能量随着物体温度的增加而增加，并且辐射能量随着物体温度的升高而升高。
黑体辐射还有一个重要的结论，就是黑体辐射的能量分布是随着波长缩短而增加的，这个结论叫做黑体辐射定律。
黑体辐射的理论对于热学和光学领域有重要的意义，并且在宇宙学、天文学、材料科学等领域有广泛的应用。
黑体辐射是由热力学原理推导出来的，它是描述物质在高温下发射出的电磁辐射能量分布的理论。
黑体是指在黑暗中发射的辐射，它是理论上的概念，不存在真正的黑体。
黑体辐射的规律是物体的温度越高，它所发出的辐射能量就越大。
这个规律称为黑体辐射定律，也被称为爱因斯坦辐射定律。
定律表明，对于同一温度的黑体，它所发出的辐射能量是固定的，并且随着温度的升高而增加。
黑体辐射还有一个重要的结论，就是黑体辐射的能量分布是随着波长缩短而增加的，这个结论叫做黑体辐射定律。
根据这个定律，可以得出黑体辐射能量在红外波段和紫外波段较强，而在可见光波段较弱。
黑体辐射的理论对于热学和光学领域有重要的意义，并且在宇宙学、天文学、材料科学等领域有广泛的应用。
p141黑体辐射的规律
[解析]在任何温度下对任意波长的电磁波只吸 收不反射的物体称为绝对黑体，简称黑体。
{范例14.1} 黑体辐射的规律
黑体的单色辐射本领是在单位时间内从物体表
面单位面积上所发射的波长在λ到λ + dλ范围内 的辐射能量dP(λ,T)与波长间隔dλ之比
{范例14.1} 黑体辐射的规律
根据实验得出两个黑体辐射实验规律。黑体的总辐射本 领(能力)为P(T) = σT4，这就是斯特藩-玻尔兹曼定律， 其中，σ = 5.67×10-8W/(m2·K4)，σ称为斯特藩常数。
黑体的单色辐射本领(能力)的峰值波长与温 度的关系为Tλm = b，这就是维恩位移定律， 其中，b = 2.897×10-3m·K，b称为维恩常数。
M(,T)dP(,T) d
M(λ,T)表示在单位时间内从物体表面单位面积
发射的波长在附近单位波长间隔内的辐射本 其中，k为玻
领，是波长和温度的函数，其单位是W/m3。 尔兹曼常数，
普朗克提出的 黑体单色辐射 本领的公式为
M(,T)
2πhc2
5[exp( hc )1]
kT
h为普朗克常 数，c为真空 中的光速。
由此可得CI = 5.6688×10-8， 这就是斯特藩常数。
{范例14.1} 黑体辐射的规律
x hc , kT
M(x,T)
2πk4T4x5 h3c2(ex1)
当波长趋于零时， x趋于无穷大，单色辐射本领M趋于零；
当波长趋于无穷大时， x趋于零，单色辐射本领M也趋于零。
因此单色辐射本领随波长的变化有极值。
kT
h3c2(ex1)
dx hc d kT2
物理人教版(2019)选择性必修第三册4
黑体辐射的实验规律
二 黑体辐射的实验规律
二 黑体辐射的实验规律
19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械 运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体 的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方 程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与 守恒定律。
二 黑体辐射的实验规律：紫外灾难
二 黑体辐射的实验规律
辐射强度 M ,T 实验值
紫
瑞 利
─
外
灾金
难
斯 线
维恩线 普朗克
1) 维恩的半经验公式： 短波符合，长波不符合 2)瑞利 ─ 金斯公式： 长波符合，短波荒唐
── 紫外灾难
三 能量子
能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
基于能量子假说，1900 年德国物理学家普 朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用 于长波的瑞利-金斯公式衔接起来，提出了一个 新的公式。普朗克提出的公式与实验符合之好令 人击掌叫绝，把能量子引进物理学，正确地破除 了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学 思想的基石之一。
表面状况有关。
一 黑体与黑体辐射
3、黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波， 这样的辐射叫作黑体辐射。
无任何反射
处 能全部吸收各种波长的辐射能
于
某 不透明体 一
发射各种波长的热辐射能
温度
4、黑体辐射的特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与
黑体的温度有关。
一 黑体与黑体辐射
5、一般物体与黑体的比较
就是黑体辐射。
二 黑体辐射的实验规律
3、辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射 的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律
黑体辐射的实验规律由黑体辐射定律、斯特藩-玻尔兹曼定律
和维恩位移定律组成。
1. 黑体辐射定律（普朗克定律）：描述了黑体辐射的能量密度与频率之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的能量密度与频率的平方成正比。
数学表达式为：B(ν, T) = (2hν^3 / c^2) * (1 / (exp(hν / kT) - 1))，其中B(ν, T)表示单位频率范围内的能量密度，ν表示频率，T表示黑体的温度，h为普朗克常数，c为光速，k为玻尔兹曼常数。
2. 斯特藩-玻尔兹曼定律：描述了黑体辐射的总辐射功率与温
度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的总辐射功率与温度的四次方成正比。
数学表达式为：P = σ * A * T^4，其中P表示
黑体辐射的总辐射功率，σ为斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于
5.67 × 10^−8 W/(m^2·K^4)，A表示黑体的表面积，T表示黑体的温度。
3. 维恩位移定律：描述了黑体辐射的主峰频率与温度之间的关系。
根据该定律，黑体辐射的主峰频率与温度成反比。
数学表达式为：λ_max = b / T，其中λ_max表示主峰频率对应的波长，b为维恩位移常数，约等于2.898 × 10^−3 m·K。
这些规律揭示了黑体辐射现象与温度、频率、波长之间的基本关系，对理解和研究热辐射、热力学以及量子物理学等领域有着重要的意义。
高中物理黑体辐射规律
高中物理黑体辐射规律黑体辐射是热学中的重要现象之一，它指的是处于热平衡状态的物体对外发射的电磁辐射。
黑体辐射规律是描述黑体辐射特性的定律，也是热辐射研究的基础。
本文将从黑体辐射规律的原理、应用以及实验验证等方面进行探讨。
一、黑体辐射规律的原理黑体是指对所有波长的辐射都能完全吸收的物体，它能够实现热平衡状态并对外发射电磁波。
根据黑体辐射规律，我们可以得出以下结论：1. 黑体辐射的频谱分布：根据普朗克公式，黑体辐射的频谱分布与物体的温度有关。
温度越高，辐射的峰值频率越高，而且辐射强度也随温度升高而增加。
2. 黑体辐射的强度与温度的关系：根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的总辐射强度与温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的总辐射强度越大。
3. 黑体辐射的能量密度与温度的关系：根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射的能量密度与温度的四次方成正比。
这意味着温度越高，黑体辐射的能量密度越大。
二、黑体辐射规律的应用黑体辐射规律在许多领域都有广泛的应用，下面我们将介绍其中的几个典型应用：1. 太阳辐射：太阳可以看作是一个近似黑体辐射源，其辐射能量的分布规律符合黑体辐射规律。
太阳辐射的研究对于理解地球的气候变化、太阳能利用以及天体物理学等方面都具有重要意义。
2. 热辐射测温：利用黑体辐射规律，可以通过测量物体辐射的能量密度来推算物体的温度。
这在工业生产中的温度测量、红外线测温等方面有广泛应用。
3. 热辐射能源利用：利用黑体辐射的特性，可以设计高效的热辐射能源利用系统，如太阳能电池板、热辐射加热系统等。
三、黑体辐射规律的实验验证为了验证黑体辐射规律，科学家们进行了一系列实验。
其中最著名的是普朗克的黑体辐射定律实验和斯特藩-玻尔兹曼定律的实验验证。
普朗克的实验通过对黑体辐射的频谱分布进行测量，验证了黑体辐射的频谱与温度相关的规律。
他的实验结果与普朗克公式的预测相符，为黑体辐射规律奠定了基础。
斯特藩-玻尔兹曼定律的实验验证主要是通过测量黑体辐射的总辐射强度和能量密度与温度的关系。
简述黑体辐射的普朗克定律所揭示的规律
简述黑体辐射的普朗克定律所揭示的规律黑体辐射是物理学中一个重要的概念，它指的是从某种物质中释放出的电磁波，它的发射与温度有密切的关系。
1896，爱因斯坦提出了普朗克定律，来阐释黑体辐射的规律，它将黑体辐射的能量分布与温度有效地联系起来，被广泛应用于至今。
普朗克定律概括为：物体的辐射能量强度与其表面温度成正比，且与波长的四次方成反比。
即：
E =T^4 = A/λ^4
其中，E 为物体的辐射能量，σ为常数，T 为物体的温度，A 为辐射常数，λ为波长。
普朗克定律表明，从低温的黑体发出的光谱的能量分布，随着黑体温度的升高，其分布也会偏向短波段有更多的能量，也就是说，随着温度的升高，发出的辐射越来越向短波段集中，这也是热能是红外线的原因。
同时普朗克定律也解释了为什么宇宙背景辐射的分布比地球表
面温度低得多，原因在于宇宙背景辐射是一个很久以前的辐射，温度也较低，普朗克定律解释了它的低热能与波长之间的关系，即它的能量主要分布在长波段，而在短波段却比较量很小。
- 1 -。
高中物理光的波粒二象性知识与常用结论
高中物理光的波粒二象性知识与常用结论一、黑体辐射规律1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体2、黑体辐射的特点黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物体的材料、表面形状有关）；3、黑体辐射规律：•随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强‚随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行；4、普朗克的量子说：透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为。
爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量1、光电效应现象紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。
2、实验原理电路图3、规律：①存在饱和电流饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A的光电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。
②存在遏止电压在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值UC时，光电流减小为零，UC就叫“遏止电压”。
③存在截止频率a、截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于“极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为截止频率。
b、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。
要发生光电效应，入射光的能量（hν）要大于“逸出功（W）”即：④光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9s。
2024年新高考版物理专题十三近代物理初步讲解部分
过程,称为核反应。
2.规律:在核反应中,质量数守恒、电荷数守恒。
3.三个重要核反应
1)1919年卢瑟福发现质子的核反应:174
N+
4 2
He
18 7
O
11
H。
2)1932年卢瑟福的学生查德威克用实验证实了中子的存在,其核反应方
程为:94
Be+
4 2
He
16 2
C
10
n。
3)1934年约里奥—居里夫妇发现人工放射性同位素、发现正电子的核反
4.爱因斯坦光电效应方程 1)光子 ①定义:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光量 子,简称光子。 ②光子的能量:每个光子的能量只决定于光的频率,即ε=hν,ν表示光的频 率。 2)逸出功:要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的最小值叫这 种金属(不同金属的逸出功不同)的逸出功,一般用W0表示。 3)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0,Ek为光电子的最大初动能。光电子 的最大初动能随入射光频率的增大而增大。
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 黑体的颜色不一定是黑色,黑体不反射电磁波,但会向外辐射电磁波。 2.能量量子化 1)能量子:组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε 的整数倍。带电微粒辐射或吸收能量时也是以这个最小能量值为单位 一份一份地进行的,这个不可再分的最小能量值ε叫能量子。 2)公式:ε=hν。ν是带电微粒的振动频率,也是带电微粒吸收或辐射电磁波 的频率,h是普朗克常量,其值为h=6.626×10-34 J·s。 3)能量量子化:在微观世界中,能量不能连续变化,只能取某些分立值,这种 现象叫能量量子化。
3.质量亏损 1)概念:原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象叫作质量 亏损。 2)质能关系:ΔE=Δmc2。 3)核子平均质量:比结合能大的原子核,平均每个核子的质量亏损大,核子 的平均质量就小,故核子的平均质量大小也能够反映原子核的稳定性,即 核子的平均质量越小,原子核越稳定。核子平均质量随原子序数变化的 定性关系图像如图所示。
基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体
基尔霍夫定律、热辐射定律和绝对黑体的概念一直是热力学和热辐射领域的重要组成部分。
从简单到复杂，从浅入深地探讨这些概念，有助于我们更深入地理解热辐射现象的本质。
在本文中，我将结合基尔霍夫定律、热辐射定律和绝对黑体的概念，探讨它们在热力学和热辐射领域的应用，并共享我的个人观点和理解。
一、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是指在任何特定的温度下，黑体对热辐射的辐射率是与其吸收率相等的定律。
这意味着一个黑体对热辐射的吸收与发射是平衡的，不会有多余的热量被吸收或者被辐射出去。
这个定律的提出，为我们理解热辐射的平衡提供了重要的理论基础。
在实际应用中，基尔霍夫定律被广泛用于热辐射能量的计算和热辐射物体的性质分析。
在太阳能利用领域，我们可以利用基尔霍夫定律来计算太阳辐射能够被光伏电池吸收的比例，从而评估太阳能电池的效率。
二、热辐射定律热辐射定律是描述热辐射能量密度与波长、温度之间关系的定律。
根据热辐射定律，我们可以得到黑体辐射能谱的表达式，即普朗克辐射定律和维恩位移定律。
这些定律为我们研究热辐射能谱提供了重要的理论支持。
在科学研究和工程应用中，热辐射定律被广泛用于光谱分析、热辐射源的特性分析以及光谱技术的应用等方面。
在红外光谱仪的设计中，我们可以根据热辐射定律来选择合适的波长范围和温度条件，以提高红外光谱仪的灵敏度和分辨率。
三、绝对黑体绝对黑体是指完全吸收所有辐射能量的物体，不产生反射和透射，并且以辐射的方式发射热能的理想物体。
绝对黑体是热辐射研究中的重要模型，它在热力学和量子力学的发展中发挥了重要作用。
绝对黑体的概念对我们理解热辐射的本质和研究热辐射现象具有重要意义。
在实际应用中，绝对黑体被广泛用于光谱辐射标定、辐射热测温和光谱辐射计量等领域。
在辐射热测温技术中，我们可以利用绝对黑体作为标定源，来确保测温设备的测量精度和准确性。
结语通过对基尔霍夫定律、热辐射定律和绝对黑体的探讨，我们可以更深入地理解热辐射现象的本质和规律。
基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体
基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体【引言】在物理学中，基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体是两个重要的概念。
它们揭示了热辐射现象的本质规律以及物体的能量行为。
本文将从简单到复杂的角度，深入探讨基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体的背后原理，以及它们对理论物理和实际应用的重要性。
【1. 基尔霍夫定律热辐射定律】基尔霍夫定律热辐射定律是研究物体表面吸收和发射辐射能量的规律。
它提供了描述热辐射能量的基本规则。
简单来说，基尔霍夫定律指出，物体吸收的能量与它所发射的能量在相同频率下的光谱分布是一样的。
具体而言，当一个物体处于热平衡状态时，其发射的热辐射能量与表面所吸收的能量在每个频率下都相等。
这表明，物体在各个频率下都能以相同的效率吸收和辐射能量。
基尔霍夫定律的重要性在于它提供了一种理论模型来解释热辐射现象，对于研究物体的热行为和能量交换具有重要意义。
【2. 绝对黑体】绝对黑体是一个理想化的物理概念，它可以吸收所有入射到它表面的辐射，并将所有吸收的能量以热辐射的形式完全发射出去。
绝对黑体不仅可以吸收和发射所有频率下的辐射能量，而且它的发射能量与温度有关。
这就是著名的普朗克公式给出的黑体辐射谱，表征了黑体辐射能量的分布规律。
绝对黑体的概念在理论物理研究中起着至关重要的作用。
基于绝对黑体的特性，研究者们可以建立起热辐射和能量转换的基本理论框架。
绝对黑体也为实际应用提供了重要的参考。
太阳可以被视为近似的绝对黑体，并且太阳辐射的能量分布规律对于地球上的气候和生态系统具有重要影响。
【3. 基尔霍夫定律与绝对黑体的关系】基尔霍夫定律热辐射定律和绝对黑体之间有着紧密的联系。
基尔霍夫定律的发现部分基于对绝对黑体的研究。
研究者发现，如果将一个物体置于一个孔径很小的孔洞背后，观察被穿过孔洞的辐射光谱，可以得到与绝对黑体发射光谱相似的结果。
这启示了基尔霍夫定律的核心思想。
基尔霍夫定律提供了一种从基本规律出发，理解绝对黑体辐射谱的方法。
根据基尔霍夫定律，绝对黑体辐射谱的形式与表面频率下的吸收能量分布一致。
第2节郎伯余弦定律 黑体辐射定律
光电效应 光电探测器的噪声和特性
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第 一 章
光电检测应用基础
1.2 郎伯余弦定律 黑体辐射定律
1.郎伯余弦定律
(1) 点源 从强度为I的点源辐射到立体角Ω的通量:
(1) 若点源向各个方向的辐射是均匀的,则总的通量为: (2) 若照射一个小面元dA, dA的法线与dA到点源的连 线r的夹角θ,则照到dA上的通量为:
第 一 章
光电检测应用基础
② 郎伯源的辐出度 与辐亮度的关系
根据朗伯定律可以推算出朗伯面的单位面积向半球空间内辐 射出去的总功率（即辐射出射度 Me）与该面元的法向辐射亮 度 LN之关系
（6）
第 一 章
光电检测应用基础
③ 漫反射面 辐射亮度与辐射方向无关的辐射源称为漫辐射源。 若投射到表面的漫反射面dS上的照度E，则该面接受的 光通量为： （7） 若漫反射面的反射系数为K, 则该面散射的光通量为： （8） 由于漫反射面可近似的看作伯朗反射面,则 （9） 其中Ls为表面的视亮度,由(7)-（9）得： （10）
第 一 章
光电检测应用基础
朗伯源的亮度不随方向变化而改变（ LN ），即其上单 位投影面积辐射到立体角内的功率不随立体角在空间的 取向而改变，因而从任何角度观测朗伯源的亮度是一样 的，这是因为辐射源的表观面积随表面法线与观测方向 夹角的余弦而变化。符合此规律的辐射面称为朗伯面。 对于绝对黑体，朗伯余弦定律极为正确。但在实际工作 和生活中，人们遇到的各种漫辐射源只是近似地遵从朗 伯余弦定律，所以朗伯辐射源是个理想化的概念。
第 一 章
光电检测应用基础
（4）维恩位移定律 从普朗克公式及图1－13可以看出:
当黑体温度升高时，辐射谱峰向短波方向移动，维恩
黑体辐射定律小结
Lambert定律也称为余弦定律。
黑体辐射能在空间不同方向上的分布不均匀：法向最大， 切向最小（为零）。
36
黑体辐射力E:
Eb
2
2
d( , ) I b cos d 2 dA
I b cos sin d d Ib
0
• 注意：
黑体、白体与黑色物体、白色物体不同，颜色是对可见
光而言的，黑体、白体及透明体都是对全波长而言的， 而可见光只占全波长中的一小部分。故：物体对外来全 波长射线的吸收能力的高低，不能凭物体的颜色来判断 ，白颜色物体（反射的射线在可见光部分呈白色）不一
定是白体；黑颜色物体不一定是黑体。
例如：雪对可见光是良好的反射体，对肉眼是白色的， 但对红外线几乎能全部吸收α = 0.985；ε = 0.8，白布 和黑布对可见光吸收率不同，但对红外线的吸收率基本 相同，玻璃只透过可见光，对λ > 3μm的红外线不透明
4
8.1
热辐射现象的基本概念
8.1.1 热辐射的定义和特点
１、基本概念 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。 热辐射:由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射,发 射辐射能是各类物质的固有特性。 辐射传热:物体之间相互辐射和吸收的总效果。当物体与环 境处于热平衡时，其表面上的热辐射仍在进行，但净辐射 传热量等于零。 5
2
回答下列问题
一、热辐射现象的基本概念
名词解释 9. 辐射力（Emissive power） 10.光谱辐射力(Spectral Emissive power)
11.定向辐射力
12.光谱定向辐射力 13.立体角(Solid angle)
14.辐射强度(I) (或定向辐射强度),(Directional radiation intensity)
1.3 黑体辐射实验规律
大学物理——量子物理
黑体辐射实验规律
一. 绝对黑体
若一个物体在任何温度下，对于任何频率（波长）电磁
波的单色吸收比都等于 1, α(λ,T ) 1
则称它为绝对黑体,简称黑体。
根据基尔霍夫定侓
M1 M2
1( ) 2( )
I(,T )
黑体是完全的吸收体，也是理想的辐射体
绝对黑体的单色辐出度
M0 λ (T
)
M0 λ (T ) α0 ( λ,T )
I(λ,T )
谢谢
--- 研究热辐射的中心问题
如何寻找黑体呢？
研究热辐射时，太阳被看成黑体。
人造绝对黑体模型 — 带有小孔就可以得到不同温度下黑体的
单色幅出度随波长（频率）变化的关
吸收
系曲线。
发射 给空腔体加热
二. 黑体辐射的基本规律
1. 斯特藩—玻耳兹曼定律
M0
0
M0 d
T4
斯特藩常数 5.67051108 W（ / m2 K4）
2. 维恩位移定律
黑体辐射出的光谱中辐射最强
的波长 m与黑体温度T之间满足：
mT b
维恩常数
b 2.897756103m K
黑体辐射应用：高温遥感和红外追踪 高温比色测温仪 估算表面温度
1964年，彭齐亚斯和威尔逊接 收到一种在空间均匀分部的微波 信号噪声，称为宇宙背景辐射。 这一结论与宇宙大爆炸理论预言 的结果一致。
热辐射和黑体辐射
热辐射和黑体辐射热辐射是指物体由于热运动而发射出的能量，是一种无需介质传递的辐射方式。
这种辐射的能量主要由电磁波组成，包括可见光、红外线、紫外线等。
而黑体辐射则是研究热辐射的理想模型，它是指一个能完全吸收所有辐射能量并且不反射也不透射的物体。
一、热辐射的基本原理热辐射的基本原理可以归结为两个方面：物体内部热能的分子运动和辐射能量的辐射出去。
热辐射的程度和物体的温度有关，温度越高，物体辐射的能量越多。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射的能量与物体的绝对温度的四次方成正比。
二、黑体辐射的特点黑体辐射是指完全吸收所有入射辐射能量的物体，它可以作为热辐射的理想模型来研究。
与其他物体相比，黑体辐射有着独特的特点：1. 完全吸收：黑体可以完全吸收所有辐射能量，不进行反射和透射。
2. 完全发射：黑体可以以任意波长和任意强度发射辐射能量。
3. 理想辐射源：黑体辐射的能量分布只和温度有关，而与黑体的材料和形状无关。
三、黑体辐射的定律为了描述黑体辐射的能量分布规律，人们提出了以下两个基本定律：1. 基尔霍夫定律：一个处于热平衡状态的物体，吸收的辐射能量与它发射的辐射能量在同一波长范围内完全相等。
2. 普朗克定律：黑体辐射的能量密度与频率成正比，而且与温度的四次方成正比。
四、热辐射的应用热辐射在生活中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1. 热能转换：热辐射可以用来转换成其他形式的能量，比如太阳能的利用、热电转换等。
2. 照明技术：可见光是热辐射的一部分，因此热辐射的研究对于改善照明技术非常重要。
3. 医学诊断：红外线辐射可以用于医学诊断，比如红外热像仪可以检测人体的热辐射情况。
4. 环境监测：红外线辐射还可以用于环境监测，比如监测地表温度、火灾预警等。
总结：热辐射是物体由于热运动发射出的能量，而黑体辐射则是研究热辐射的理想模型。
热辐射的能量与温度相关，而黑体辐射的能量分布则与温度的四次方成正比。
热辐射在生活中有着广泛的应用，包括热能转换、照明技术、医学诊断和环境监测等。
2022-2023高中物理竞赛课件：绝对黑体和黑体辐射的基本规律
绝对黑体和黑体辐射的基本规律
黑体辐射的实验定律
实验规律： 1)斯特藩-玻耳兹曼定律
1879年，斯特藩实验总结出、1884年 玻耳兹曼由经典理论导出黑体辐出度 与温度的关系：
MB (T)
M (T ) = T 4
= 5.6710 -8 W/m2K4
2)维恩位移定律
m
能谱分布曲线的峰值对
例：地球的表面温度约为300K，算得λm约为10μm, 处在红外 波段。由于红外线不被大气所吸收，所以利用遥感技术可 对地球的表面进行遥测，分析植被、地质等信息。
重要应用：红外传感温度仪、夜视仪（军事、侦察）、报警器、 卫星遥感仪、导弹寻踪传感仪…
绝对黑体和黑体辐射的基本规律
黑体辐射的实验定律
以上两定律的应用
1918年他荣获诺贝尔物理学奖
➢意义
1、首次提出微观粒子的能量是量子化的， 打破了经典物理学中能量连续的观念。
2、打开了人们认识微观世界的大门, 在物理学发展史上起了划时代的作用.
爱因斯坦评价：
“这一发现成为 20 世纪整个物理研究的基础，从那时起，
几乎完全决定了物理学的发展”。
2)
斯特藩-玻尔兹曼定律 M (T ) = T 4
普朗克从这些假设出发可以得到他的黑体辐射公式：
1、普朗克假说圆满地解释了绝对黑体的辐射问题。 2、从普朗克公式可导出斯特藩玻耳兹曼定律，维恩公式，
维恩位移定理、瑞利—金斯公式。
出发可以得到他的黑体辐射公式：
1、普朗克假说圆满地解释了绝对黑体的辐射问题。 2、从普朗克公式可导出斯特藩玻耳兹曼定律，维恩公式，
普朗克又紧张工作了两个月，他终于发现，要对这个公式 作出合理的解释，唯一的出路是作出一个大胆的假设：
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R0(,T )
c 2
c 4
0 (n ,T )
2 c 4
kBT
普朗克黑体辐射公式(1900年)
R0 (,T )
C2 5
eC1 /T 1
R0 (n ,T )
2 hn
c2
3
1 ehn /kT
或 1
R0 (,T )
c
2
Rn
2 hc2 5
ehc/kT 1
相速：
vp
dx dt
k
波包
1
2
2
A
cos
kx 2
t
2
cos(kx
t)
群速：
vg
d
dk
xk 1
t 2
§2.3 黑体辐射
一、热辐射
固体在温度升高时颜色的变化，白炽灯灯丝
800K 室温
1000K
吸收 辐射
ห้องสมุดไป่ตู้
1200K
1400K
高温
热辐射 : 由温度决定的物体的
R
Rayleigh-Jeans
普朗克常数： h = 6.626 075 5(40)×10-34 J·s
为从理论导出这一黑体辐射公式，普朗
克提出了能量量子化 假设。
Wien
Planck
普朗克能量子假设
腔壁上的原子 (谐振子)
若谐振子频率为 v ，则其能量是 hv , 2hv, 3hv , …, nhv , …
dR0 (,T d
)
| m
0
5 ( c mT
)
mT
mT 0 d mT
令 mT
b, 方程变为
5 (b) b
d (b) db
0，
维恩半经验公式(1895年) 据热力学和麦克斯韦分布率
R0
(
,T
)
C1
e5
C2 T
瑞利—金斯公式(1900-1905年) 据电磁理论和能量均分定理
)或 者 R0 (n
,T
)
cn
3 (n T
)
Wien公式→Stefan-Boltzmann
R0 (T )
0 R0 (,T )d
0
c5 ( c )d 5 T
cT 4
(
c
)3 (
c
)d
c
T 4
0 T T T
Wien公式→Wien位移定律
d( c )
6166 K
辐射本领为
R (T ) Ts 4 8.20 10 7 W /m 2
说明
太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 不是太阳的实际温度； R(T) 高于太阳实际辐射本领。
四、Planck量子论
1893年Wien利用热力学和电磁学理论得到
R0 (,T
)
c5 5
( c T
R (n ,T ) F (n ,T )(与 物 质 本 身 性 质 无 关 的 普 适 函 数 ) (n ,T )
三、黑体辐射 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射
和透射的物体。 (n ) 1
黑体表面
煤烟
约99%
1859年基尔霍夫证明:
R (n (n
,T ) ,T )
(T
)d
T
4
式中 5 .6 7 0 5 1 1 0 8 W m 2 K 4
6000K
辐射本领与 T 4 成正比.
可见光
2. 维恩位移定律(1893年)
峰值波长 m 与温度 T 成反比
5
5000K
Tm 2.897 756 10 3 m K
●应用: 现代广泛应用于高
F (n
,T )
R0 (n
,T
)
黑体模型 F (n ,T )
• 温度
黑体热辐射
材料性质
• 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强。
黑体辐射规律:
1. 斯特藩(1879年) — 玻耳兹曼定律(1884年)
R (10-7 × W / m2 ·m) 10
R (T )
0
R
4000K
温测量、遥感、红
3000K
外追踪等。
0
( m)
0.5
1.0
1.5
2.0
例 测得太阳光谱的峰值波长在
R
绿光区域，为 m = 0.47 m.
求 估算太阳的表面温度和辐射本领。
解 由维恩位移定律，太阳表面的 温度为
m
Ts
2.9 103
m
2.9 103 0.47 106
§2.1 引 言
微观粒子与宏观物体并不仅仅是尺度大小的 区别，它们的运动规律以及描述它们状态的方式 上都存在着质的区别。
经典物理学和量子物理学
经典物理粒 子和波粒是 两个概念
微观粒子的 波粒二象性
§2.2 经典物理学中的粒子和波
一、经典物理中的粒子
粒子被视为质点
其状态有它的位矢和速度确定
r
吸收本领 (n , T ) :在频率附近，单位频率间隔内被物体吸收的辐射能
和照射在该物体的辐射能之比。
R
总辐射本领R(T ) ：
R (T ) 0 R (T )d 0 Rn (T )dn
c n
c
R (T ) 2 Rn (T )
二、Kirchhoff 定律，1859
与腔内电磁场交换能量时，谐振子能
量的变化是 hv (能量子) 的整数倍.
说明
首次提出微观粒子的能量是量子化的，打 破了经典物理学中能量连续的观念。 （绝望地、不惜任何代价地） 打开了人们认识微观世界的大门,在物理 学发展史上起了划时代的作用。
电 能磁 量波
Rayleigh-Jeans公式导出
根据经典统计物理和电磁理论，热平衡下空腔内电磁场
v dr
dt
在惯性参考系中，其运动服从牛顿第二运动定律
m dv F dt
确定的因果关系
二、经典物理中的波
波的特征量是波长和频率 波总是展开在空间一定范围内，即非定域性 满足叠加原理，具有干涉和衍射等波特有的性质
平面简谐波
(x, t) A cos[ (x / v t) ]
电磁辐射。
平衡热辐射：辐射和吸收达到
平衡时，物体的温度不再变化。
白底黑花瓷片
热辐射的特点:
(1)连续;
(3)频谱分布随温度变化;
(2)温度越高,辐射越强;
(4)辐射本领越大，吸收本领也越大. Kirchhoff，1859年
(单色)辐射本领Rn(T ) ：在一定温度T 下，单位时间从单位表面积黑体
上辐射的频率在n 附近单位频率范围内的辐射能。
以驻波形式存在，单位体积n n dn 驻波模式有：
n(n )dn
8n 2
c3
dn ,
由统计物理，每一谐振子的平均能量为：
E
EeE/kBT dE
0
eE /kBT dE
kBT
0
n
n(n )E
8
c3
kBTn 2 (瑞利-金斯公式)
R0 (n