结构推理
由黑体辐射公式导出维恩位移定律:能量密度极大值所对应的波长与温度T成反比,即 T=b(常量);并近似计算b的数值,准确到二位有效数字。
【正确答案】解 根据普朗克的黑体辐射公式
, (1)
以及 , (2)
, (3)
有
这里的的物理意义是黑体内波长介于λ与λ+之间的辐射能量密度。
本题关注的是λ取何值时,取得极大值,因此,就得要求 对λ的一阶导数为零,由此可求得相应的λ的值,记作。但要注意的是,还需要验证对λ的二阶导数在处的取值是否小于零,如果小于零,那么前面求得的就是要求的,具体如下:
如果令x= ,则上述方程为
这是一个超越方程。首先,易知此方程有解:x=0,但经过验证,此解是平庸的;另外的一个解可以通过逐步近似法或者数值计算法获得:x=4.97,经过验证,此解正是所要求的,这样则有把x以及三个物理常量代入到上式便知
这便是维恩位移定律。据此,我们知识物体温度升高的话,辐射的能量分布的峰值向较短波长方面移动,这样便会根据热物体(如遥远星体)的发光颜色来判定温度的高低。
【答案解析】