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1、无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布黑体辐射 普朗克能量子假说08眼视光七年制一班主讲：周丽娜成员：陈海丝 陆莹雪 董春晓 林丹1.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布 黑体辐射黑体辐射迈克尔逊迈克尔逊莫雷实验莫雷实验光电效应光电效应氢原子光谱氢原子光谱 康普顿康普顿效应效应量子力学量子力学狭义相对论狭义相对论 1899年年开尔文开尔文在欧洲科学家新年聚会的贺词中说：在欧洲科学家新年聚会的贺词中说：物理学晴朗的天空上，物理学晴朗的天空上， 飘着几朵令人不安的乌云飘着几朵令人不安的乌云2.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布
2、主讲内容主讲内容一 黑体 黑体辐射二 斯特藩-波尔兹曼定律 维恩位移定律三 黑体辐射的瑞利-金斯公式 经典物理的困难四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式3.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设热辐射：热辐射：热辐射：热辐射：任何物体在任何温度下，由于分任何物体在任何温度下，由于分任何物体在任何温度下，由于分任何物体在任何温度下，由于分子、原子受到热激发而使物体向外发射电子、原子受到热激发而使物体向外发射电子、原子受到热激发而使物体向外发射电子、原子受到热激发而使物体向外发射电磁辐射的现象。磁辐射的现象。
3、磁辐射的现象。磁辐射的现象。物体在辐射的同时，也吸收辐射物体在辐射的同时，也吸收辐射平衡热辐射平衡热辐射平衡热辐射平衡热辐射：辐射的能量等于在同一时间所吸收的能量辐射的能量等于在同一时间所吸收的能量辐射的能量等于在同一时间所吸收的能量辐射的能量等于在同一时间所吸收的能量 特征是物体的温度保持不变特征是物体的温度保持不变特征是物体的温度保持不变特征是物体的温度保持不变有关热辐射的实验表明：有关热辐射的实验表明：1.1.任何物体都辐射电磁波任何物体都辐射电磁波2.2.辐射电磁波的能量及能量按波长的分布均与辐射电磁波的能量及能量按波长的分布均与温度温度有关有关3.3.好好的辐射体同时也是的辐射体同时
4、也是好好的吸收体的吸收体4.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布1.1.单色辐出度单色辐出度 从热力学温度为从热力学温度为T T T T T T物体的单位面积上，单位时物体的单位面积上，单位时间内，在波长间内，在波长附近单位波长范围内所辐射的附近单位波长范围内所辐射的电磁波能量电磁波能量因为因为d d与与d d始终反号始终反号，上式可以表示为上式可以表示为16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设2.2.辐出度辐出度 在单位时间内，从温度为在单位时间内，从温度为T T的黑体的单位面积的黑体的单位面积上所辐射出的各种波长的电磁波的能量总和上所辐
5、射出的各种波长的电磁波的能量总和单位单位:Wm25.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布1.1.黑体：黑体：辐射（吸收）能力最强的物体，能全部吸收辐射（吸收）能力最强的物体，能全部吸收一切外来辐射。不反射，不投射。一切外来辐射。不反射，不投射。黑体是黑体是理想模型理想模型16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设6.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布 会聚透镜会聚透镜空腔空腔小孔小孔平行光管平行光管棱镜棱镜热电偶热电偶测量黑体辐射出射度实验装置测量黑体辐射出射度实验装置16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量
6、子假设普朗克能量子假设7.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布0 1 000 2 0001.0 可可见见光光区区0.56 6 000000 K K3 3 000000 K K16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设斯特藩斯特藩- -波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：黑体辐出度与黑体热力学黑体辐出度与黑体热力学温度的四次方成正比温度的四次方成正比斯特藩斯特藩- -波尔兹曼常数：波尔兹曼常数：注意：注意：随温度的升高辐出度增大随温度的升高辐出度增大8.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普
7、朗克能量子假设普朗克能量子假设维恩位移定律：维恩位移定律：当黑体的热力学温度升高时，与单色辐出度当黑体的热力学温度升高时，与单色辐出度相对应的波长向短波方向移动相对应的波长向短波方向移动常量常量温度温度 发射的能量发射的能量 电磁波的短波电磁波的短波成分成分 注意：注意：b b为与温度无关的常数为与温度无关的常数只适用于短波只适用于短波MM 0 0(T)(T) 2200K2000K1800K1600K m9.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设10.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布
8、整理发布（1）温度为温度为 的黑体，其单色辐出度的的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？峰值所对应的波长是多少？( (2) )太阳的单色辐太阳的单色辐出度的峰值波长出度的峰值波长 ，试由此估算，试由此估算太阳表面的温度太阳表面的温度.（3）以上两辐出度之比为以上两辐出度之比为多少？多少？ 解解（1）由维恩位移定律由维恩位移定律16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设（2）由维恩位移定律由维恩位移定律（3）由由斯特藩斯特藩 - - 玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律11.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射
9、普朗克能量子假设普朗克能量子假设实验曲线实验曲线*0 1 2 3 6123 45瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式小（长波）时小（长波）时小（长波）时小（长波）时 与实验曲线符合良好与实验曲线符合良好与实验曲线符合良好与实验曲线符合良好大（短波）时大（短波）时大（短波）时大（短波）时 “紫外灾难紫外灾难紫外灾难紫外灾难”只适用于长波只适用于长波12.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设普朗克普朗克（18581947） 构成黑体腔壁的辐射物质中电构成黑体腔壁的辐射物质中
10、电构成黑体腔壁的辐射物质中电构成黑体腔壁的辐射物质中电子的振动可视为一维谐振子子的振动可视为一维谐振子子的振动可视为一维谐振子子的振动可视为一维谐振子, , , ,它它它它们和腔内的电磁场交换能量们和腔内的电磁场交换能量们和腔内的电磁场交换能量们和腔内的电磁场交换能量( ( ( (辐辐辐辐射和吸收射和吸收射和吸收射和吸收). ). ). ). 而这些微观的谐振而这些微观的谐振而这些微观的谐振而这些微观的谐振子只能处于某些特殊的状态子只能处于某些特殊的状态子只能处于某些特殊的状态子只能处于某些特殊的状态, , , ,在在在在这些特殊状态中这些特殊状态中这些特殊状态中这些特殊状态中, , , ,它
11、们相应的能它们相应的能它们相应的能它们相应的能量是某一最小能量量是某一最小能量量是某一最小能量量是某一最小能量 ( ( ( ( 叫叫叫叫能量子能量子能量子能量子）的的的的整数倍整数倍整数倍整数倍, , , ,在辐射和吸收能量时在辐射和吸收能量时在辐射和吸收能量时在辐射和吸收能量时, , , ,振子只能从一个可能状态跃迁振子只能从一个可能状态跃迁振子只能从一个可能状态跃迁振子只能从一个可能状态跃迁到其它一个可能状态到其它一个可能状态到其它一个可能状态到其它一个可能状态. . . .对频率为对频率为 的谐振子的谐振子, ,其最小能量为其最小能量为 = h (普朗克常数h=6.6310 -34 Js
12、)一个谐振子的能量为一个谐振子的能量为13.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式M 维恩线瑞利金斯线普朗克线实验结果14.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设人体是一个辐射体，其辐射的能量可以用下人体是一个辐射体，其辐射的能量可以用下人体是一个辐射体，其辐射的能量可以用下人体是一个辐射体，其辐射的能量可以用下式表示：式表示：式表示：式表示
13、：W W 表示人体每秒每平方厘米辐射功率表示人体每秒每平方厘米辐射功率( (瓦瓦) )表示皮肤表示皮肤辐射率辐射率，为常数为常数从式中可以看出，从式中可以看出，人体辐射能功率与皮肤绝人体辐射能功率与皮肤绝对温度对温度T T的四次方成正比的四次方成正比。斯特藩-波尔兹曼定律从从 知，物体辐射能最大值的分布，知，物体辐射能最大值的分布，随着绝对温度的增加而向波长短的方向移动。随着绝对温度的增加而向波长短的方向移动。正常人体的辐射本领与绝对温度正常人体的辐射本领与绝对温度310310K K的黑体相的黑体相似，辐射能主要分布在红外线长波部分，其波似，辐射能主要分布在红外线长波部分，其波段范围在段范围在
14、550550m m之间，其中之间，其中814 814 mm占全部占全部人体辐射能的人体辐射能的4646 ， 在在9 95 5 mm处。不论肤处。不论肤色如何，辐射率色如何，辐射率 都近于都近于1 1。维恩位移定律15.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设医用热像图术医用热像图术(Medical Thermography) ,(Medical Thermography) ,是是利用人体红外辐射成像原理利用人体红外辐射成像原理, ,研究体表温度布研究体表温度布状态的一种现代物理学检测技术。状态的一种现代物
15、理学检测技术。红外线热像仪红外线热像仪是一种测量人体表面温度分状是一种测量人体表面温度分状态的仪器，它是利用人体的红外辐射把热能态的仪器，它是利用人体的红外辐射把热能转换成电信号，扫描成像的原理，揭示人体转换成电信号，扫描成像的原理，揭示人体温度的分布及其变化规律，从而对疾病做出温度的分布及其变化规律，从而对疾病做出诊断。诊断。人体就是一个自然的生物红外辐射源，是恒温动人体就是一个自然的生物红外辐射源，是恒温动物，能维持一定的体温，当人体物，能维持一定的体温，当人体患病或某些生理患病或某些生理状况发生变化状况发生变化时，这种全身或局部的时，这种全身或局部的热平衡受到热平衡受到破坏或影响破坏或影
16、响红外热像诊断所检查的是红外热像诊断所检查的是体表温度体表温度这一生理机能，它这一生理机能，它所反映的是被检测部位的所反映的是被检测部位的皮肤血流量及调节血流量的皮肤血流量及调节血流量的神经（主要是交感神经）神经（主要是交感神经）作用的变化；由红外热像仪作用的变化；由红外热像仪所提供的图像并不表示人体内部的某种构造，而是人所提供的图像并不表示人体内部的某种构造，而是人体表面的温度分布图像，称为体表面的温度分布图像，称为人体的功能影像人体的功能影像16.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设红外热像图检查
17、的临床应用范围红外热像图检查的临床应用范围红外热像图检查的临床应用范围红外热像图检查的临床应用范围 1 1 1 1 健康人群普查：疾病的初筛，亚健康状态。健康人群普查：疾病的初筛，亚健康状态。健康人群普查：疾病的初筛，亚健康状态。健康人群普查：疾病的初筛，亚健康状态。2 2 2 2 肿瘤肿瘤肿瘤肿瘤早期诊断：乳腺癌，皮肤癌，甲状腺癌等。早期诊断：乳腺癌，皮肤癌，甲状腺癌等。早期诊断：乳腺癌，皮肤癌，甲状腺癌等。早期诊断：乳腺癌，皮肤癌，甲状腺癌等。3 3 3 3 血循环早期障碍疾病的诊断：脑血管病变，心肌供血循环早期障碍疾病的诊断：脑血管病变，心肌供血循环早期障碍疾病的诊断：脑血管病变，心肌供
18、血循环早期障碍疾病的诊断：脑血管病变，心肌供 血不足，糖尿病足等。血不足，糖尿病足等。血不足，糖尿病足等。血不足，糖尿病足等。4 4 4 4 炎症性炎症性炎症性炎症性疾病的诊断：强直性脊柱炎，腱鞘炎，前列疾病的诊断：强直性脊柱炎，腱鞘炎，前列疾病的诊断：强直性脊柱炎，腱鞘炎，前列疾病的诊断：强直性脊柱炎，腱鞘炎，前列腺炎等。腺炎等。腺炎等。腺炎等。5 5 5 5 疼痛性疼痛性疼痛性疼痛性疾病的诊断：头痛、神经痛，颈肩腰腿痛，疾病的诊断：头痛、神经痛，颈肩腰腿痛，疾病的诊断：头痛、神经痛，颈肩腰腿痛，疾病的诊断：头痛、神经痛，颈肩腰腿痛，关节疼痛等。关节疼痛等。关节疼痛等。关节疼痛等。6 6 6
19、 6 周围神经疾病周围神经疾病周围神经疾病周围神经疾病的诊断：偏头痛，脊髓损伤，面瘫、的诊断：偏头痛，脊髓损伤，面瘫、的诊断：偏头痛，脊髓损伤，面瘫、的诊断：偏头痛，脊髓损伤，面瘫、面肌痉挛等。面肌痉挛等。面肌痉挛等。面肌痉挛等。其他疾病的诊断及医学研究：其他疾病的诊断及医学研究：其他疾病的诊断及医学研究：其他疾病的诊断及医学研究：冻烧伤冻烧伤冻烧伤冻烧伤面积及深度测定，面积及深度测定，面积及深度测定，面积及深度测定，冠脉冠脉冠脉冠脉搭桥术搭桥术搭桥术搭桥术、移植手术移植手术移植手术移植手术过程检测，疗效评价、过程检测，疗效评价、过程检测，疗效评价、过程检测，疗效评价、针灸选穴针灸选穴针灸选穴针灸选穴等。等。等。等。17.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布16-1 16-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设18.无忧无忧无忧无忧PPTPPT整理发布整理发布整理发布整理发布19.
