分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射电磁波。这 种辐射与温度有关，称为热辐射(heat radiation)。
热辐射的电磁波的能量对波长有一个分布。 温度不同，热辐射的电磁波的能量不同，
波长分布也不同。 例如加热铁块，随着温度的升高: 开始不发光→ 暗红 → 橙色 → 黄白色
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False-colour infrared image of Whirlpool galaxy
黑体的吸收本领最大，辐射本领也最大。
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研究热辐射本身的规律，应利用辐射本领 M 只与温度有关，而和材料及表面状态无关的物体。
而黑体（的热辐射）正好与空腔的形状、材料及 ‘表面状态’ 都无关，是最好的研究对象。
对各种具体物体的总辐出度，可以通过实验 定出的“黑度系数”来得到。
物体的黑度系数
的波长在 附近单位波长间隔内的电磁波的能量，
称为单色辐出度M(T)
Μ
(T
)
dE
d
M的SI单位为W/m3
dE…温度为T 时,单位时间内从物体单位表面
发出的波长在 → + d间隔内的电磁波的能量
M(T) …描述热辐射能量按波长的分布。
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2.总辐出度M(T)
(T ) (T )d
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过去百年的物理学发展已经告诉我们，常识对于 新知识领域的引导作用微乎其微，没有人能够预 知结果。 为什么会这样？
常识本来应延伸到我们的感知范围之外，但实 际上却没有。
这说明我们基于直接感知的上学世界观是有限 的，并且事实也是如此。
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早年光被看作粒子流，后来为惠更斯的波动说取代。爱 因斯坦的光电理论又把光说成是粒子流，颇有点三十年 河东、三十年河西的味道。
1924到1928，物理学处于黄金时期。提出了一些极 重要的，甚至是令人振撼的思想：
发现不仅仅是光，实际上所有物质都具有波动性 认识到自然界的基本规律是概率性的统计规律而 不是确定性的规律。 对于物质某些可测量的属性，其测量精确度存在 着一个极限 发现电子关于一个轴的自旋指向只有两个方向的 可能 预言任何粒子都具有自己的反粒子 发现单个电子或光子能够同时以两种甚至更多的 方式运动 没有两个电子能够同时处于完全相同的状态
§ 16.0 引言
物理学发展到19世纪末期，可以说是达到 相当完美、相当成熟的程度
❖ 备注
19世纪的最后一天，欧洲 著名的科学家欢聚一堂。 会上，英国著名物理学家 W．汤姆生（即开尔文男 爵）发表了新年祝词。他 在回顾物理学所取得的伟 大成就时说，物理大厦已 经落成，所剩只是一些修 饰工作
完美的经典物理大厦
M物体（T） M黑体（T）
例：油毛毡（法向） 0.93 (200C) 氧化铜（法向） 0.60.7 (500C)
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2. 研究黑体辐射的实验装置示意图:
黑体
光栅光谱仪
热电偶(测 M(T))
T
实验结果
黑体单色辐出度
M(T)～曲线
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3．斯特藩—玻耳兹曼定律（实验定律）
总辐出度M(T)与黑体温度的四次方成正比
M(T ) T 4
其中常量 =5.67×10- 8 W/m2K4
4．维恩位移定律（实验定律）
黑体辐射光谱中辐射最强 的波长与黑体温度T 之间 满足反比关系
m
m
b T
其中常量 b = 2.89×10-3 m·K
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维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928)
Thermogram of man
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同一个物体的发射本领和吸收本领有内在 联系，例下图为黑白花盘子的反射和自身 辐射照片
室温下的反射光照片 1100K的自身辐射光照片
❖ 备注
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一、描述热辐射的物理量
1．单色辐出度M(T)
温度为T 时,单位时间内从物体单位表面发出
爱因斯坦光子说的光的波粒二象性正是将我们对光的认识 在新的实验事实的基础上提升到一个全新的高度。
普朗克的量子说与爱因斯坦的光子理论推动了物理学的一 场伟大革命，完善了现代量子物理学的重要基础。
量子力学是上个世纪初期由一批年青科学家发展起来的当 代物理学的重要成果。
虽然量子力学的原理在某种意义上与相对论一样的不可思 议，但对当代人来说，量子力学就在你的身边，比如说就 在你随身携带的计算器里.
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它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了
第一朵乌云： “以太说” 破灭
第二朵乌云： 黑体辐射与 “紫外灾难”
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寻找以太的零结果，爱因 斯坦创立了现代物理大厦 之一：相对论
热辐射的紫外灾难的解决 ， 普朗克等人建立了现代物理 大厦之二：量子论
相对真理
绝对真理
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0
M 的单位为W/m2
3.单色吸收率(T)
(T
)
dE dE
(吸收） (入射）
（T）…温度为T 时,（单位时间内）入射 到物体（单位表面）的,波长在 →+d间隔
内的电磁波的能量被物体吸收的百分比。
以上这些物理量均与 物体种类及其表面情况有关。
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平衡热辐射 物体辐射的能量等于在同一时间内所 吸收的能量时，热辐射过程达到热平衡， 称为平衡热辐射。 此时物体具有固定的温度。
热辐射定律的发现
1911年 诺贝尔物理学奖 获得者
斯特藩—玻耳兹曼定律和 维恩位移律是测量高温、 遥感和红外追踪等技术的 物理基础。
如测量太阳表面的温度,宇宙背景辐射,资源地质勘探等等
第十六章 量子物理基础
主要内容 §16.1 黑体辐射与普朗克的量子假说 §16.2 德布罗意波 §16.2 薛定谔方程
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§16.1黑体辐射与普朗克的量子假说
主要内容
黑体辐射 普朗克的量子假说 光电效应 爱因斯坦的光子理论 光的波粒二象性
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§16.1.二、黑体和黑体辐射的基本规律 1.黑体 能完全吸收照射到它上面的各种 波长电磁波的物体，称为黑体。
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黑体的单色吸收率 (T)=1----‘理想模型’。
维恩设计的黑体：不透明材料的空腔 开一个小孔。
黑体
实验表明： 辐射本领大的物体， 吸收本领也大。
黑体能吸收各种波长的电磁波，也能辐射 各种波长的电磁波。