广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（讲稿）第六篇 近代物理基础 第16章 量子物理基础（黑体辐射、普朗克量子假设、光电效应、爱因斯坦光子理论）

广东工业大学第16章量子物理基础大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnoloay3.黑体辐射的实验定律利用黑体模型型（开有小孔的空腔），用实验方法可以测出黑体的单色辐出度e，（T)随波长变化的关系实验装置图：PB黑体三棱镜准直系统测量系统从黑体A的小孔上发出的辐射，经透镜和平行光管成为平行光束入射于棱镜P上，不同波长的射线有不同的偏向角，平行光管L,对准某一方向，这一方向的射线将聚焦在热电偶C上，因而可测出这一波长射线的功率（单位时间入射于热电偶的能量）调节测量系统的方向，即可测出不同波长的功率

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 3.黑体辐射的实验定律 实验装置图： A L1 B P L2 C 黑体 准直系统 三棱镜 测量系统 从黑体A的小孔上发出的辐射，经透镜和平行光管成为平行 光束入射于棱镜P上，不同波长的射线有不同的偏向角，平行光 管L2对准某一方向，这一方向的射线将聚焦在热电偶C上，因而 可测出这一波长射线的功率（单位时间入射于热电偶的能量） 调节测量系统的方向，即可测出不同波长的功率。 利用黑体模型（开有小孔的空腔），用实验方法可以测出黑 体的单色辐出度 e T 0 ( ) 随波长变化的关系

广东工业大学第16章量子物理基础大学物理A教素uanadongUniversityofTechnology黑体的e,（T）随a和T变化的实验曲线：分析曲线得出两条实验规律：e,(T)1700K(1)斯忒潘（Stefan）一波尔兹曼（Boltzmann）定律1500K每条曲线反映了在一定温度1300K下，黑体的单色辐出度随波长分布的情况。1100K每条曲线下的面积等于黑体345在该温度下的总辐射能(μm)E(T)温度升高，面积迅速增大。E(T)= αT4斯藩常量 =5.67×10-8 W·m-2.K-4

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 （1） 斯忒潘（Stefan) — 波尔 兹曼(Boltzmann)定律 温度升高，面积迅速增大。 斯忒藩常量 8 2 4  5.67 10 W m K − − − =    分析曲线得出两条实验规律： 每条曲线下的面积等于黑体 在该温度下的总辐射能 E T( ) 4 E T T ( ) = 每条曲线反映了在一定温度 下，黑体的单色辐出度随波长 分布的情况。 0 1 2 3 4 5 ( m) e T( )  黑体的 e T  ( ) 随  和 T 变化的实验曲线：

广东工业大学第16章量子物理基础大学物理A教素uangdong University otTechnologyte,(T)(1)斯忒潘一波尔兹曼定律1700KM(T)=αT41500K = 5.67×10-8 W·m-2.K-41300K(2)维恩位移定律1100K每条曲线的峰值叫最大单色辐射强度，与峰值对应的波长用几表示。34D2(μm)T个→向短波方向移动，与T的关系2m·T=bb=2.898x10-3m·K维恩常量这两个定律反映出热辐射的量值随温度的升高而迅速增加而且热辐射的峰值波长也随温度的升高而向短波方向移动。热辐射的规律在现代科学技术上的应用很广泛，它是测高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 （1） 斯忒潘 — 波尔兹曼定律 8 2 4  5.67 10 W m K − − − =    （2） 维恩位移定律 m  = T b b = 2.89810−3 mK 维恩常量 4 M(T) =T 每条曲线的峰值叫最大单色辐射 强度，与峰值对应的波长用 表 示。 m m m T →  向短波方向移动， 与T 的关系 这两个定律反映出热辐射的量值随温度的升高而迅速增加, 而且热辐射的峰值波长也随温度的升高而向短波方向移动。 热辐射的规律在现代科学技术上的应用很广泛，它是测高 温、遥感、红外追踪等技术的物理基础。 0 1 2 3 4 5  ( m) e T( ) 

广东工业大学第16章量子物理基础大大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnology例1实验测得太阳辐射谱的峰值波长为490nm，将太阳视为黑体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收到的太阳能。（已知太阳半径R=6.96×108m，地球半径r=6.37×10m，日地距离d=1.496×1011m）解由维恩位移定律计算太阳表面温度2.897×10-3b= 5.9×103 K490×10-9由斯潘一波尔兹曼定律得E=αT4=5.67×10-8×(5.9×103)W.m-?= 6.9×10°

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 例1 实验测得太阳辐射谱的峰值波长为 490nm ，将太阳视为黑 体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收到的太阳能。 （已知太阳半径 R = 6.96×108 m ，地球半径 r = 6.37×106 m ， 日地距离 d = 1.496×1011 m ） 解 由维恩位移定律计算太阳表面温度 5.9 10 K 490 10 2.897 10 3 9 3 m =    = = − −  b T 由斯忒潘 — 波尔兹曼定律得 4 8 3 4 7 2 5.67 10 (5.9 10 ) 6.9 10 W m E T − − = =    =  

广东工业大学第16章量子物理基础大学物理A教素aanadongUniversityofTechnology太阳辐射总功率为P= E.4元R2 =4.2×1026 W这功率分布在以太阳为中心，以日、地距离d为半径的球面上，故地球表面单位面积接收到的辐射功率PP=1.5×103W4元d2地球接收到的辐射功率Pe = P' ·元 r2 =1.9×1017 W

第16章 量子物理基础 大学物理A教案 太阳辐射总功率为 2 26 P E R =  =  4 4.2 10 W  这功率分布在以太阳为中心，以日、地距离 d 为半径的 球面上，故地球表面单位面积接收到的辐射功率 PE = PE   r 2 =1.91017 W 地球接收到的辐射功率 3 E 2 1.5 10 W 4 P P d  = = 