1　能量量子化优秀教学设计

第1节

能量量子化：物理学的新纪元

【教学目标】

知识与技能

1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射

2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系

3．了解能量子的概念

过程与方法

了解微观世界中的量子化现象。比较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。

情感、态度与价值观

领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学重难点】

重点：能量子的概念

难点：黑体辐射的实验规律

【教学过程】

（一）复习巩固

（二）交流探究

教师活动：从今天开始我们要来学习第十七章

波粒二象性，这节课我们先来学习第一节能量量子化：物理学的新纪元。通过本节课的学习要知道什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射，了解黑体热辐射的强度与波长的关系，另外，还要知道能量子的概念及计算方法。

学生活动：明确学习目标

教师活动：请大家阅读教材思考、讨论下列问题：

1、什么是热辐射、黑体辐射？

2、热辐射、黑体辐射具有什么特性？

3、黑体热辐射的强度与波长具有什么关系？

4、什么叫能量子及其公式？

学生活动：阅读、思考、讨论、展示

一、黑体与黑体辐射

1、热辐射现象

一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，叫做热辐射。

（热辐射与温度有关。例如：给一个铁块不断加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。这表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这说明热辐射具有这样的特征。）

2、热辐射的特征

（1）热辐射与温度有关

（2）热辐射与材料的种类及表面状况有关。

3、黑体

（除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反

射电磁波的能力是不一样的。我们把能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。）

能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。

（不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。）

图1

4、黑体辐射的特征

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。

（研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。）

二、黑体辐射的实验规律

（加热图1中的空腔，空腔内的温度不断升高，小孔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。通过实验我们可以得出四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，如图2所示）

黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

教师：（提出问题）怎样解释黑体辐射的实验规律呢？

（在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。课件展示：瑞利--金斯线、维恩曲线。）

实验结果

e0(,T)

1500K1700K

1300K

1100K λ

0

1

2

3

4

5 图2

(μm)

三、能量子

（利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。

1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε，

1ε，2ε，3ε，... nε，n为正整数，称为量子数。

对于频率为ν的谐振子最小能量为

h这个最小能量值，就叫做能量子。）

1、能量子：德国物理学家普朗克认为带电粒子只能以某一最小能量值ε的整数倍辐射和吸收能量，即是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。

2、能量子的表达式



是电磁波的频率，h是普朗克常量，

h6.6261034JSh（三）归纳总结

（四）互助提高