黑体辐射普朗克能量子假说

式可简记为
M (T )
(,T )
M o
(T
)
，…
P195,16.5式
任何物体的单色辐出度和单色吸收比之比,等于同一
温度下绝对黑体的单色辐出度,即基尔霍夫定律。
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P196,1,2行
说明： 基尔霍夫定律
M (T )
(,T )
M o
(T
)
1）定律适用于平衡热辐射
P196,3,4行
2）定律表明：一个好的吸收体，也是好的发射体。
如果物体辐射的能量等于在同一时间内 所吸收的能量，物体达到热平衡，称为平 衡热辐射。此时物体具有固定的温度。
P194,第2段，第2,3行
•以下只讨论平衡热辐射。
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2.描述热辐射的物理量
1）单色辐出度Mλ（T）（或单色发射本领） 定义:单位时间内从物体表面单位面积上辐射的波长
在λ到λ+dλ范围内的辐射能量dM(T)与dλ的比值为单
2. 基尔霍夫定律 任何物体的单色辐出度和单色吸收比的比值,与物 体的性质无关，与温度T及波长λ有关。 P195,2下第3行
M1 (T ) M 2 (T ) M 0 (T ) I (,T )
1(,T ) 2 (,T )
0(,T )
P195,16.4式
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M0(T) 表示温度T下绝对黑体的单色辐， 出度,则上
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§16-1 黑体辐射 普朗克的能量子假说
一、热辐射的基本概念 1.热辐射 1）概念：由于分子热运动导致物体不断地辐射 电磁波,因这种辐射与温度有关, 故称热辐射. • 它是由分子、原子热运动引起的。 P194,第1段,1,2行 • 温度不同时 辐射的波长分布不同 例如：加热铁块，随着温度的升高， 从看不出发光暗红橙色兰白色
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附：钨丝和太阳的单色辐出度曲线
M 太(T阳)
12 （5800K）
10
可见光
8
区
6
钨丝
4 （5800K）
2
温度T 时，物体辐出度 与单色辐出度关系
M (T ) dM (T )
0
Mλ (T )dλ
0 2 4 6 8 10 12
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3）吸收比和反射比
定义：物体在温度T时,吸收波长在～ +d 范围 内电磁波能量与相应波长的入射电磁波能量之比，
1900年前后，人们发现了许多经典理论无法 解释的一些新实验事实，如：黑体辐射、光电效 应、康普顿效应及原子光谱实验规律。
为了解释这些规律，迫使人们去寻找新的物理概 念，建立新的理论。量子力学就是在这样的背景下 逐渐发展起来的一种新理论.
本章主要介绍上述实验规律以及当时解释这些规 律而提出的相关设想.
1.绝对黑体
1)定义：如果一物体,能完全吸收各种波长的入射
P195,1 下1,2行
辐射能而无反射,则该物体为绝对黑体，简称黑体。
即 0 (,T ) 1
说明：黑体是一理想模型。
实际上 “黑体”。 不存在。
O
2）黑体模型：在不透 明材料做成的空腔上开 一小孔Ο，这样的小孔 就可作为黑体模型。
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3）温度越高，曲线
下的面积越大。
黑体的单色辐出度Moλ(T ) 按波长分布曲线
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△2.两个实验定律
1）斯特藩——玻耳兹曼定律
黑体辐射的总发射本 领与它绝对温度的四次 方成正比，即
P196,16.6式及上面一行
M0(T) = T 4
5.67 108 W/(m2 K4 )
斯特藩常量
800K以下，只发热，肉眼无法观察 800K以上，才能看到物体发光
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直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
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物体不仅有发射电磁波的本领、还具有吸 收、反射电磁波的本领。 P194,第2段，第1行 3）平衡热辐射
•热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
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2）热辐射的基本性质 • 任何物体在任何温度下都有热辐射。 •热辐射发射的电磁波是连续光谱
P194,第1段， 第2行起
（各波长都有，但强度不同）
•温度越高,辐射能量越大,辐射电磁波的波长越短。
如：固体在温度升高时颜色的变化
800K 1000K 1200K 1400K
称为该物体的单色吸收比，用α（λ，T）表示。
定义：物体在温度T时, 反射波长在～ +d 范围 内电磁波能量与相应波长的入射电磁波能量之比，
称为该物体的单色反射比，用ρ( ，T)表示。
• 对于不透明物体
P194,倒第1段，第1，2行
(,T) (,T) 1
P195,16.3式
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二、黑体和基尔霍夫辐射定律
定义：单位时间内从物体表面单位面积上辐射 的各种波长电磁波的能量总和，称为该物体的 辐射出射度，简称辐出度，用M(T)表示。 P194,第3段，
1，2行
温度T 时,物体辐出度与单色辐出度关系
M (T ) 0 M λ (T )dλ
M(T)和 温度有关
单位：W/m2
P194,16.2式及上面1行
发射体材料及表面情况有关
色辐出度，用Mλ（T）表示.
P194,16.1式及上1，2行
单位：W/m3
Mλ（T）和
温度、波长有关 发射体材料及表面情况有关
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钨丝和太阳的单色辐出度曲线
M 太(T阳)
12 （5800K）
10
可见光
8
区
6
钨丝
4 （5800K）
2
0 2 4 6 8 10 12
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2）辐射出射度M(T)（或全发射本领）
不同温度下Mo (T )与λ的曲线
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2）维恩位移定律 曲线的峰值波长与温度成反比。
黑体温度T有关 黑体材料和形状无关.
这样，利用黑体就可撇开材料的具体性质来 研究热辐射的规律。
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练1 练2
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例1（练考点17) 例2
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三、 黑体辐射的基本规律
1. 实验曲线
特点：
1）对应不同的温度，
曲线不同。
2）每条曲线都有一
个峰值。温度越高，
峰值的波长越小。
室温下，反射光
1100K，自身辐射光
一太个原黑理白工花大盘学子物的理两系张照片
P196, 4行
• 绝对黑体既是最好的吸收体，也是最好的发射体。
黑体的辐射的本领最大(和非黑体相比)
3) 辐射达到平衡时：物体辐射能量=吸收能量。故
• 绝对黑体能够吸收各种波长的电磁波，也能辐
射各种波长的电磁波。 •黑体Mλ(T) ～λ曲线形状与