一、黑体与黑体辐射
1.热辐射
(1)定义:我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫作热辐射.
(2)特点:热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.室温时,热辐射的主要成分是波长较长的电磁波,不能引起人的视觉.当温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越强.
2.黑体与黑体辐射
(1)黑体的定义:一般物体在热辐射的同时还会吸收和反射外界射来的电磁波.如果某种物体能够完全吸收人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.
3.一般物体与黑体的比较
☞对黑体的理解
1.黑体看上去不一定是黑的,只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色,有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射,看起来还会很明亮,例如炼钢炉上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理.
2.黑体是一种理想模型,绝对的黑体实际上是不存在的,但可以用某装置近似地代替。如图所示,如果在一个空腔壁上开一个小孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个小孔可近似成一个绝对黑体.
例题:关于对热辐射的认识,下列说法中正确的是(B)。
A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射的电磁波越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
例题:下列叙述正确的是(ACD)
A一切物体都在辐射电磁波
B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C.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
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
例题:关于黑体的认识,下列说法正确的是(C)。
A:黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
C:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D:如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体
二、黑体辐射的实验规律
19世纪末,物理学家从实验和理论两方面都研究了各种温度下的黑体辐射,测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况,得出如图17-1-2所示的实验曲线,并总结了黑体辐射的规律.
1.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波长较短的方向移动.
2.黑体辐射实验规律的理论解释
(1)维恩公式解释:1896年,德国物理学家维恩(W.Wien)从热力学理论出发,得出了一个公式,称为维恩公式,但它只是在短波区与实验非常接近,而在长波区与实验偏离很大(如图所示).
(2)瑞利公式解释:1900年,英国物理学家瑞利(L.Rayleigh)从经典电磁理论出发推导出另一个公式,称为瑞利公式,其预测结果如图所示,在长波区与实验基本一致,在短波区与实验严重不符,尤其在紫外线一端,当波长趋于零时,辐射强度将趋于无穷大这种情况当时被人们称为“紫外灾难”.
例题:黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知(ACD).
A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加
B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加
C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
例题:在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特征,就可以确定炉内的温度,如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是(AD)
A.T1>T2
B.T1<T2
C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低
D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
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