1　能量量子化PPT配套优秀教学设计内容

人民教育出版社

选修3-5 第十七章 波粒二象性

17．1

能量量子化

(绍兴市稽山中学

物理组

俞刚

联系电话：18906755152) 一、教学目标

1.了解黑体辐射，感悟以实验为基础的科学探究方法;

2.了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想；

3.通过观察辐射图像培养学生观察能力；

4.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

二、学情分析

学生从未接触过能量量子化的概念。全新的章节,全新的概念。教学时宜以图片展示、解说、分析的方式,从浅及深地引导学生理解能量量子化理论。

三、重点难点

1.对黑体辐射能量在不同温度下与波长的关系的研究；

2.理解能量量子化假说。

四、教学过程

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活动1【导入】

1.冶金工业的发展及对恒星研究的需要,促进了物理学对热辐射的研究。

展示两幅照片:炼钢厂、星空

怎样测量炽热的钢水的温度?怎样获得遥远天体的信息?

冶金工业的发展及对恒星研究的需要,促进了物理学对热辐射的研究。

2.活动：（1）红外线温度计的图片及实物，并现场对学生进行体温测量和对其他物体的测量。

（2）教师演示：点亮可调亮度白炽灯

。请同们观察亮度和颜色的区别。

3.观看视频：红外线摄录仪下的世界短片

提出热辐射概念。

提问：热辐射的特点？

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活动2【讲授】

一、什么是热辐射？热辐射有怎样的规律？



一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫做热辐射。



温度越高,辐射越强。

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活动3【活动】

二、选择怎样的物体研究热辐射？

【问】红色物体为什么红?

——红色物体表面会反射红色的光,而吸收其它的色光。

【问】有没有什么物体不反射外界的电磁波?

——没有!黑色物体也会反射电磁波,只是反射能力弱一些。

我们只研究物体的热辐射,可物体表面反射外界的电磁波与物体辐射的电磁波混合在一起,不可分离,从而给我们的热辐射研究带来了困扰。

怎么办呢?于是我们就想寻找一种只辐射电磁波而不反射电磁波的物体,这种物

体能够完全吸收各种波长的电磁波。这种物体就是绝对黑体,简称黑体。

这种黑体热辐射强度只与黑体的温度有关,从而反映了某种具有普遍意义的客观规律。

【问】黑体是客观存在的吗? ——不是客观存在的,是为了研究热辐射而提出的一种理想化的模型。

【问】黑体辐射的实验曲线是如何测得的呢？

通过演示实验模拟黑体辐射的数据获取。在黑色纸袋上开一小口，纸袋内放一盏白炽灯，让光线从小口射出来，透过三棱镜分光并投影到一张白纸上。接下来，只要在不同位置安装电热偶元件就可以测得不同波长的热辐射强度了。

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活动4【活动】

三、黑体辐射的实验规律是怎样的？

PPT展示图象(黑体辐射的实验规律)。

请你观察、分析图象,得出黑体辐射的随温度变化的实验规律。

1.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加;

2.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长短的方向移动。

科学家们试图用已有的知识来解释这种实验规律,可是很不成功。

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活动5【讲授】

四、传统经典理论解释黑体辐射规律时遇到了什么困难？

1896年德国物理学家维恩的解释,在长波区域与实验偏离很大;

1900年英国物理学家瑞利的解释,在短波区与实验严重不符,“紫外灾难”。

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活动6【讲授】

五、普朗克的量子化理论的完美解释令人击掌叫绝！

普朗克公式与实验结果完美吻合!

普朗克能量子假说: 

微观粒子的能量只能是某一最小能量ε的整数倍; 

能量的辐射或吸收只能是一份一份进行的,每一份都是某一最小的能量值ε,这个最小的能量值ε叫做能量子。

h

【练习】学生练习计算可见光光子能量。并进行现场点评。

微观世界中的能量不是连续的,这种“不连续”,用物理语言表示就说成是“分立”的,“量子化”的。

然而,普朗克的巨大成功并没有让他高兴多久。

举例说明宏观世界的连续性：开车从A到B必定经过中间点C;温度上升从20度到30度必定经过25.8度；化学反应释放热量100J，必定是某一时刻会放出3.1415J;宏观世界是连续变化的。

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活动7【讲授】

六、普朗克的困惑与不安

当时的整个科学界和哲学界都认为,一切的自然过程都是连续的。几乎没有人认可能量量子化假说,普朗克自己也怀疑自己,一定是我自己弄错了吧。

他竟然为了反驳自己的量子化假设,又进行长达10年的辛苦研究,试图再用经典物理理论解释黑体辐射,经过了无数次的尝试,最后不得不承认,自己最初的观点是正确的,能量量子化是正确的。1918年,普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。能量量子化观点深化了人们对客观世界的认识。

微观世界是不连续的，是离散变化的。举例生活中的离散变化：付现金最小必须是1分；站楼梯台阶必定是整数个台阶；统计人口必定是整数个；

【问】为反驳自己的观点进行了长达10年的辛苦研究,说明了普朗克具有什么样的品质?

——治学严谨。

同时也说明,在科学发展的历程中,一种新的思想的确立,是一件多么不容易的事!新的思想的确立,不只是需要时间,更需要我们为之付出不懈的努力! 

活动8【结束】

观看幻灯片：在这一章学习内容中有总共14位物理学家在所研究的领域取得卓有成就而获得若贝尔物理学奖。观看他们的照片。

在接下来的几章学习中，我们要追随着这些物理学巨匠们的脚步，与他们一起去感受在黑暗中摸索的惊险与乐趣！

【板书设计】

能量量子化

1.热辐射

2.黑体

3.黑体辐射

4.普朗克的量子化假设