Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі «Ұлттық ақпараттандыру орталығы» АҚ

110 
 
закончено. Однако  в конце XIX - начале XX вв. были открыты и изучены экспериментально 
ряд  явлений,  таких  как  тепловое  излучение,  фотоэффект  и  т.д.  ,  которые  не  удавалось 
объяснить  с  позиции  классической  физики.  Эти  открытия  произвели  революционный 
переворот в науке, сыграв большую роль и вызвав появление  и создание квантовой теории. 
Первый  шаг  в  создании  квантовой  теории  начался  с  изучения  закономерностей  теплового 
излучения.  
 
II
. Актуализация знаний учеников 
     
Прежде  чем  приступим  к  изучению  закономерностей  теплового  излучения,  повторим 
некоторые уже известные сведения об излучении. 
     
Вопрос. Какое излучение называется  электромагнитным излучением (электромагнитные 
волны)? 
     
Ответ. Процесс распространения в пространстве переменного электромагнитного поля. 
     
Вопрос. Что является источником электромагнитных излучений? 
     
Ответ. Источником электромагнитных волн служат электрические заряды, движущиеся с 
ускорением. 
     
Вопрос. Назовите основные характеристики электромагнитного излучения? 
     
Ответ.  Основными  характеристиками  электромагнитного  излучения  принято  считать 
частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. 
     
Вопрос. На какие частотные диапазоны принято делить электромагнитное излучение? 
     
Ответ.  1.  Радиоволны,  2.  Инфракрасное  излучение  (тепловое),  3.  Видимое  излучение 
(оптическое), 4. Ультрафиолетовое излучение,  5. Жёсткое излучение. 
     
Вопрос. Что такое свет? 
     
Ответ.  Свет – электромагнитные волны с длиной волны 400-800 нм. 
     
Вопрос. Чему равна скорость распространения электромагнитных волн в вакууме? 
     
Ответ. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме 
8
10
3
⋅
=
c
м/с. 
     
С  этой  скоростью  распространяется  и  свет,  и  радиоволны  и  другие  виды 
электромагнитного излучения.  Солнце, Луна, электрические лампы, антенны передатчиков 
испускают  электромагнитные  волны.    В  зависимости  от  частоты  или  длины  волны  
электромагнитные  волны  относят  к  разным  диапазонам.    Видимое,  инфракрасное  и 
ультрафиолетовое  излучение  составляет,  так  называемую,    оптическую  область  спектра  в  
широком  смысле  этого  слова.  Самым  известным  источником  оптического  излучения 
является Солнце. 
     
Излучение оптического диапазона возникает при нагревании 
тел  из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее 
нагрето  тело,  тем  выше  частота  его  излучения.  При 
определённом нагревании тело начинает светиться в видимом 
диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и 
так  далее.  Свет  излучается  источниками  света,  которые  
условно делятся на два вида: естественные и искусственные. 
     
К  естественным    источникам  света    относятся:    Луна, 
Солнце и  огонь,  к искусственным  источникам – фонарик, лампа, свеча и экран телевизора. 
 
III
. Изучение нового материала 
     
Рассказ  учителя:  Самым  распространенным  в  природе  видом  электромагнитного 
излучения является тепловое излучение. Из повседневных наблюдений известно, что тела, 
нагретые  до  высоких  температур,  приобретают  способность  светиться,  излучая 
электромагнитные волны. Излучение электромагнитных волн веществом происходит за счет 
энергии  теплового  движения  атомов  и  молекул  вещества,  т.е.  за  счет  внутренней  энергии 
тела.  
      
Тепловое излучение  возникает при любых температурах выше 0 К, поэтому испускается 
всеми телами.   

111 
 
      
Тепловое  излучение  представляет  собой  суперпозицию  электромагнитных  волн,  длины 
которых  лежат  в  широком  диапазоне.  Излучение  характеризуется  сплошным  спектром, 
положение  максимума  которого  зависит  от  температуры.  Видимое  излучение  испускается 
только телами при высоких температурах  
≈
  500
0
  –800
0
 
С, а  при низких температурах не 
превышающих 100
0
  
К, существует главным образом инфракрасное излучение и радиоволны. 
Однако излучения в общем случае зависят не только от температуры, но и от химического 
состава и физического состояния светящегося тела. 
 
                
 
      
Работа учащихся c ЦОР  № 2744.  Изучение теоретического материала.  
     
Всякое  тело,  которое  излучает  энергию,  вместе  с  тем 
поглощает  часть  энергии,  излучаемой  другими  телами. 
Поместим  излучающее  тело  с  температурой 
1
T  
в  полость, 
ограниченную 
идеально 
отражающей 
оболочкой,  
температура  стенок  которой 
2
T
.  Излучение  тела  отражается 
от стенок полости и, упав на тело, частично или полностью 
поглотится  им.    Если 
2
1
T
T
>
,  то  тепловое  излучение  тела  
будет больше теплового излучения полости. Следовательно, 
внутренняя  энергия  тела  будет  уменьшаться,  а  полости  − 
увеличиваться,    будет  происходить  непрерывный  обмен 
энергией, пока температуры тела и полости не станут одинаковыми. 
     
Таким образом, тело, теряя энергию путем испускания и в то же время получая энергию 
путем поглощения, придет в состояние теплового равновесия. Если излучение находится в 
равновесии с веществом, его называют равновесным тепловым излучением.
  
     
Вопрос.  Солнце  является    источником  равновесного  теплового  излучения.  Благодаря 
какому  процессу поддерживается тепловое равновесие на Солнце? 
      
Ответ.  Источником  равновесного  теплового  излучения  является  Солнце,  у  которого 
постоянная температура поддерживается выделением энергии при термоядерных реакциях. 
Тепловое  излучение  –  практически  единственный  вид  излучения,  который  может 
быть равновесным.  Допустим,  что  равновесие  между  телом  и  излучением  по  какой-либо 
причине нарушено и тело излучает энергии больше, чем поглощает. Если в единицу времени 
тело  больше  излучает,  чем  поглощает  (или  наоборот),  то  температура  тела  начнет 
понижаться (или повышаться). В результате будет ослабляться (или возрастать) количество 
излучаемой  телом  энергии,  пока,  наконец,  не  установится  равновесие.  Все  другие  виды 
излучения неравновесные.    
 
 
 

112 
 
     
Характеристики  теплового  излучения.  Тепловое  излучение  характеризуют 
следующими величинами:  
     1.   
t
W
∆
∆
=
Φ
, 
где 
W
– 
энергия излучения,   Φ –  световой поток или мощность  излучения – 
это энергия, излучаемая (или поглощаемая) за единицу времени.    
      2.  
S
t
W
R
∆
∆
∆
=
, где 
−
R
энергетическая светимость или полная лучеиспускательная   
способность тела, которая определяется энергией, излучаемой с единицы  площади  
поверхности тела за единицу времени по всем длинам волн. 
     3.  
пол
пог
W
W
A
∆
∆
=
, где 
A
– 
поглощательная способность тела, равна отношению  
 
лучистой энергии, поглощаемой телом, ко всей падающей на него энергии. 
 
     
Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Это можно 
пронаблюдать на прилагаемой анимации ЦОР  № 2745.   Учащиеся выполняют и  объясняют 
демонстрационный опыт. 
                                      
 
 
    
  
Объяснение.  Включаем  рефлекторы.  Электрическая  энергия  в  спирали  рефлектора 
переходит  в  световую  энергию  излучения.    Излучение    падает  на    сосуды  с  темной 
поверхностью  и  светлой,    в  которых  находятся  градусники,  показывающие  в  них 
температуру воды. 
      
Наблюдение.  Поверхности  тел  по-разному  поглощают  тепловое  излучение.    Когда 
излучение, распространяясь от тела-источника,  достигает поверхности сосудов, то часть его 
отражается,  а  часть  ими  поглощается.  При  поглощении  энергия  теплового  излучения  
превращается во внутреннюю энергию тела.  
    
  
Вывод.  Градусник  в  первом  случае  показывает  меньшую  температуру,  чем  во  втором. 
Вода во втором сосуде нагревается  больше, чем в первом сосуде. 
     
Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. 
Способность тел по-разному поглощать энергию излучения находит широкое применение в 
технике.   

113 
 
           
       
 
 
 
     
Абсолютно  черное  тело.  Особое  место  в  теории  теплового  излучения  занимает 
абсолютно  черное  тело.  Абсолютно  черным  называется  такое  тело,  которое  при  любой 
температуре,  независимо  от  материала  тела  и  состояния  его  поверхности,    полностью 
поглощает электромагнитные волны любой частоты 
ν
, т.е. все лучи, падающие на тело. 
     
Абсолютно черное тело (а.ч.т.) является эталонным телом в теории теплового излучения. 
И, хотя в природе нет абсолютно черного тела, достаточно просто реализовать модель, для 
которой поглощательная способность на всех частотах будет пренебрежимо мало отличаться 
от единицы.  
       
 
 
     
Работа с ЦОР № 2744.  Учащиеся наблюдают демонстрационный опыт и объясняют его.  
    
Объяснение.  Моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость  с небольшим  
отверстием  в  стенке.    Луч,  попавший  через  отверстие  внутрь  такой  полости,  после 
многократных  отражений  от  внутренних  стенок  практически  полностью  поглощается, 
независимо  от  материала  стенок,  в  результате  чего  интенсивность  вышедшего  излучения 
оказывается  практически  равной  нулю.    Это  означает,  что  практически  все  излучение, 
попадающее в полость, поглощается. Отверстие в стенке кажется черным.  

114 
 
                                       
 
     
Вопрос. Открытые окна домов днем кажутся черными. Объясните, почему мы наблюдаем 
это явление. 
     
Ответ.  Открытые  окна  домов  днем  с  улицы  кажутся  черными,  хотя  в  комнатах 
достаточно  светло  из-за  отражения  дневного  света  от  стен.    Так  как  размеры  окна  домов 
намного меньше размеров самих внутренних помещений, куда попадает свет. 
 
      
Закон  Стефана-Больцмана.  В  1879 г.  Йозеф  Стефан  на  основе  анализа 
экспериментальных  данных  сформулировал  закон,  что  интегральная  светимость  R(T) 
абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры T. 
     
В  1884 г.  Л.  Больцман  теоретически  получил  эту  зависимость  из  термодинамических 
соображений. Этот закон получил название закона Стефана-Больцмана. 
      
Зависимость  полной  лучеиспускательной  способности  абсолютно  черного  тела 
описывается следующим законом 
                                                  
4
T
R
⋅
=
σ
 ,                                                         
 
где 
R
– 
полная лучеиспускательная способность, единица  измерения  
)
(
2
м
Вт
, 
−
T
  
термодинамическая  температура, единица измерения 
)
(K
, 
 
−
σ
постоянная Стефана-Больцмана для абсолютно  черного тела,  
)
(
10
67
,
5
4
2
8
К
м
Вт
−
⋅
=
σ
,   единица измерения 
)
(
4
2
К
м
Вт
. 
      
Лучеиспускательная  способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна  
его абсолютной температуре в четвертой степени. 
     
Роль  закона:  закон  Стефана-Больцмана  позволил  вычислить  энергию  излучения 
абсолютно черного тела по известной температуре. 
  
     
Исследование  теплового  излучения  сыграло  важную  роль  в  создании  квантовой 
теории света.     
      
К  концу  XIX  в.  были  выполнены  экспериментальные  измерения  спектрального 
распределения  излучения  абсолютно  черного  тела,  где  зависимость  лучеиспускательной 
способности 
)
,
(
T
r
λ
при каждом значении температуры имеет ярко  выраженный максимум. 
 

115 
 
                
 
      
     
Немецкий  физик  В.  Вин  обнаружил,  что  при  изменении  температуры  длина  волны  на 
которую приходится максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Кстати,   
этим  объясняется  изменение  цвета  нагретого  тела  при  изменении  его  температуры.  Кроме 
того, с увеличением температуры растет интенсивность излучения.  
№ 
Задание  
1 
 
На  рисунке  представлены  графики 
зависимости  спектральной  плотности 
энергетической  светимости  абсолютно 
черного  тела  от  частоты  при  различных 
температурах.  Наибольшей  температуре 
соответствует график… 
1. 1
* 
2. 2 
3. 3 
2 
 
 
 
На 
рисунке 
показаны 
кривые 
зависимости  спектральной  плотности 
энергетической  светимости  абсолютно 
черного  тела  от  длины  волны  при 
разных  температурах.  Как  соотносятся 
энергетические светимости этого тела? 
1.
3
2
1
R
R
R
>
>
;  
2.
3
2
1
R
R
R
=
=
;  
3. 
3
2
1
R
R
R
<
<
* 
3 
Абсолютно чёрное тело и серое 
тело имеют одинаковую 
температуру. При этом 
интенсивность излучения … 
1. 
больше у абсолютно чёрного тела*; 
2. 
определяется  площадью  поверхности 
тела; 
3. 
одинаковая у обоих тел; 
4. 
больше у серого тела.  

116 
 
 
 
 
      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      
Зависимость  лучеиспускательной  способности  тела  от  частоты  была  установлена 
экспериментально. Теперь надо было получить эту зависимость аналитически. Английский 
физик Дж. Рэлей сделал попытку получения более строгого теоретического вывода  закона 
распределения энергии. Его закон довольно хорошо совпадает  с опытами в области малых 
частот, но в области более высоких частот дает резко отличную от результатов эксперимента 
зависимость. Теоретическая кривая в области больших частот  уходит в бесконечность, так 
как значение энергетической светимости абсолютно черного тела дает бесконечно большое 
значение,  что  противоречит  эксперименту.  Это  расхождение  в  истории  физики  получило 
название «ультрафиолетовой катастрофы». 
     
В  то  же  время  с  классической  точки  зрения  вывод  формулы  Рэлея–Джинса  был 
безупречным.  Это  указывало  на  то,  что  существуют  закономерности,  несовместимые  с 
классической  физикой.  Преодолеть  это  противоречие  удалось  немецкому  физику  Максу 
Планку.  
 
IV
. Закрепление знаний 
     
Учащимся  предлагается  решить    задачу.  Решение  задачи  выполняет  ученик  у  доски, 
остальные учащиеся – в тетрадях. 
     
Задача 1. 
     
Определить,  во  сколько  раз  необходимо  уменьшить  термодинамическую  температуру 
черного тела, чтобы его энергетическая светимость 
R
ослабилась в 16 раз. 
 
 
Решение:  Зависимость  полной  лучеиспускательной  способности      абсолютно 
черного  тела  от  его  температуры  соответствует  формуле:   
4
T
R
⋅
=
σ
,  где −
σ
 
постоянная  Стефана-Больцмана.  Если  излучаемое  тело  не  является  абсолютно 
черным, то 
4
T
k
R
⋅
⋅
=
′
σ
, где коэффициент 
1
<
k
.  
 
Значит  
T
T
R
R
′
>
 . 
4 
Температура абсолютно чёрного 
тела увеличилась в два раза. При 
этом энергия излучения … 
1. уменьшилась в 16 раз 
2. уменьшилась в 4 раза 
3. увеличилась в 16 раз* 
4. увеличилась в 4 раза 
Решение:  Зависимость  полной    лучеиспускательной  способности      абсолютно 
черного  тела  от  его  температуры  соответствует  формуле: 
4
T
R
⋅
=
σ
 
,  где 
−
σ
 
постоянная  Стефана-Больцмана.  При  увеличении  температуры  тела  в  2  раза 
энергия его излучения увеличится в 
16
2
2
=
раз. 
 
5. 
Распределение  энергии  в  спектре  излучения  абсолютно  черного  тела  в 
зависимости от температур 
1
T  
и 
2
T  
)
(
2
1
T
T
>
 
верно представлено на рисунке…. 
 
 
        
 
 

117 
 
Дано:   
16
2
1
=
T
T
R
R
      
__________                                                                                                             
?
2
1
=
T
T
                                                                                                                               
Решение:  
 
Энергетическая светимость  абсолютно черного тела 
определяется   законом Стефана Больцмана  
4
T
R
⋅
=
σ
.    
При изменении тела, изменяется его             энергетическая 
светимость: 
 
4
1
1
T
R
⋅
=
σ
,  
4
2
2
T
R
⋅
=
σ
.    Разделив первое выражение на 
второе, получим                
4
2
1
2
1
T
T
R
R
T
T =
, 
 
16
2
1
=
T
T
R
R
                                            
Ответ:
 
2
2
1
=
T
T
                           
 
 
     
Проверить  глубину  понимания  учебного  материала.  Для  проверки  качества  усвоения 
материала провести самостоятельную  работу по изученной теме. Провести анализ, решение 
соответствующих задач обсудить в ходе беседы.   
 
     
Работа  учащихся  с  ЦОР  №  2744.  Выполнение  тестовых  заданий.  Проверка  качества 
усвоения  учащимися  и  осознанности  знаний  по  данной  теме,  определение  недостатков  в 
понимании учебного материала.  
.                                     
 
 
    
Рефлекcия 
- 
Какой этап изучения показался наиболее трудным? 
- 
Наиболее важным?  
- 
Наиболее интересным?  
V
. Подведение итогов, оценки за урок 
- 
дать качественную  оценку работы класса и отдельных  учащихся; 
- 
подведение итогов самостоятельной работы учащихся; 
- 
замечания и выводы по уроку, устранение выявленных пробелов;   
-  
выставление  оценок.  
VI
. Домашнее задание 
- «
Физика, 9 класс», § 47
. 
- 
обеспечить понимание учащимися цели, содержания и способов    выполнения домашнего 
задания; 
- 
проверить, как учащиеся поняли содержание домашней работы. 
 

118 
 

жүктеу/скачать 9,7 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: