1　能量量子化优秀教学设计

普通高中课程标准实验教科书

物理（选修3-5）

“能量量子化”教学设计

姓名：焦得亮

单位：宁夏平罗中学

联系电话：18809582886

§17.1 能量量子化

焦得亮 宁夏平罗中学

【教材分析】

本节课选自人民教育出版社《物理

选修3-5》，第17章第1节“能量量子化”。该节是量子论初步的引入，也是本章的难点之一。介绍了经典物理学解释“黑体辐射”规律时遇到的困难，简述了普朗克提出量子假设的主要内容及其思路。同时引导学生用类比的方法，分析量子理论与经典物理学关于能量的不同观点，让学生了解能量子假设、普朗克常量在物理学研究中的重要地位。因此上好本节课能够很好地帮助学生理解后面要学习的“光电效应”规律、“爱因斯坦光子说”以及“光的波、粒二象性”等内容。

【教学目标】

1．知识与技能目标

初步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，深化了人们对物质世界的认识。

2．过程与方法目标

①通过了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克提出量子假说的伟大意义。

②通过列举量子论的发展所带来的科学技术的重大变革和对其他自然科学领域的影响，体会量子论对人类认识世界的深远影响。

3．情感态度与价值目标：通过本节的学习，学生可以获得丰富的科学世界观和方法论的启示和教益，学习普朗克坚定的科学信念和对真理执著追求的精神。正如爱因斯坦所说：“对普适规律的追求是普朗克无穷的毅力和耐心的源泉。”

【教学重点、难点】

1．教学重点

①体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识。

②量子论关于能量的观点与经典物理学能量观点的不同。

2．教学重点：能量量子化模型的建立

【教学思路】

①学生主动、探究、合作、交流，教师主导

学生是学习的主体，要促使学生充分发挥主观能动性，积极参与到学习中来，主动生疑、主动质疑、主动思疑、主动解疑。在教学过程中，学生与老师相互合作，学生与学生之间相互合作，在合作中获得共同进步。

②形象化教学

本节内容比较抽象，又没有生活中直接经验的支持，学生理解起来比较困难，呈现教学内容时注意精选图片，尽力为学生提供形象化的支持，力求以生动、轻松的语言增强教材的可读性，有利于克服学生的畏惧心理。

③注重实验演示与分析论证相结合，重视过程和方法的教育。

④注重展示物理学家构建理论的曲折过程，物理学家勇于接受未知世界奇异现象的挑战，毅然摆脱传统理论的束缚，根据实验事实和哲学思考创造新的理论。

【教学器材】

教学挂图、多媒体展示台、灯泡、电源

【教学过程】

2

创设情景

引出课题

回顾物理学史

展示图片、质疑两朵“乌云”

实验演示，分析“热辐射”

回顾物理学史，面临“紫外灾难”

网络获取“普朗克”相关资料

普朗克的“两点假设”

量子论观点与经典物理学能量观点的不同

教学步骤

拨开疑云

教师活动

学生活动

设计思维

创设问题情景

图片展示：19世纪末，经典物理学已发展到了相当完善的地步，牛顿力学、麦克斯韦电磁理论、热力学与统计物理学等已能够解释宏观世界的各类物理现象，物理学领域看上去一派阳光灿烂，晴空万里的景象。但是，任何科学理论都不是万能的，随着人们探究范围的扩大，经典物理学出现了危机，就像开尔文所说的：“晴朗的天空飘来两片乌云”【多媒体打出图片】

师问：预习课文时，这两朵“乌云”的含义是“什么”？

学生观察到蔚蓝色的天空中漂浮着两朵乌云，心中联想“乌云”在这里的真实含义。

轻松教学，

由形象的图片诱发学生的思考兴趣。

提出问题

甲生答：第一条：经典物理学所依赖的假设介质-“以太”根本不存在

乙生答：第二条：所谓的“紫外灾难”

学生利用网络获取相关知识，调动学生求知的欲望。

解决问题要从研究问题的本质开始

观察能力的培养

培养学生通过观察现象能够培养把物引入课题

师：其中一朵“乌云”，相对论已有了圆满的结论。今天我们来看看科学家又是怎样拨开第另一朵“乌云”的。

课题：拨开黑体辐射的疑云

“220V，100W”的白炽灯泡接通电源，逐渐增大灯泡两端的电压

【灯丝照片】

问1：当通过白炽灯丝的电流逐渐变大时，灯丝的亮度和颜色有什么变化？

产生求知的欲望

实验演示

观察灯泡发光的亮度、颜色变化

甲同学答：灯丝越来越亮且逐渐由红色变为黄白，最后变为炽白色

提出问题

3

问2：那么灯丝辐射出的电磁波的波长、强度跟温度有什么关系？

乙同学答：随着温度升高，灯丝辐射的总能量变大，其中短波部分所占份额逐渐增大

理现象上升到理论高度的能力，也检查了学生提前预习情况

归纳

以上现象体现了当温度升高时，物体会发射出不同频率的电磁波，下面我们先来学习本节第一个内容

与老师一起归纳

培养学生归纳总结能力

积累基础知识

考察学生对生活实际知识的观察和积累

一、热辐射：物体在任何温度下，都会发射电给出“热辐磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强射”的定义

度也不同，物理学中这种现象叫热辐射。

记笔记，加强对概念的记忆

提出问题

师：在漆黑的夜晚能看到前面的人吗？

生：不能

师：如果借助于红外夜视仪或红外照相机呢？

生：可以看到

课本图2-2 展示图片

学生阅读课文P25-P26内容

提出问题

师：那出现以上现象的原因是什么呢？

生：当温度较低时，热辐射的波长主要落在红外线区域，而人体的表面温度只有36℃左右，所以看不到黑暗中的人

培养学生自读能力

培养学生阅读总结能力和观察分析能力

展示图片

师：为什么燃烧的炭块会发出醒目的红光？课本图2-3 生：当物体温度升高时，物体辐射出可见光的份额增大

培养学生阅读归纳能力

过渡

物体在发射电磁波的同时，还会吸收和反射外

引出下一

4

界射来的电磁波

师：在莎士比亚的《威尼斯商人》中夏洛克对什么东西都贪得无厌，称为“黑心”人

二、黑体：如果一个物体能够完全吸收投射到其表面上的电磁波，而不产生反射，我们称之为绝对黑体，简称“黑体”

老师讲述，引出“黑体”的定义

会意而笑，记笔记，加强概念的记忆

个概念

1．用生动的文字片段引导学生思维，激发学生的好奇心，便于理解抽象物理知识

2．积累基础知识，为理解抽象的理论做铺垫

点拨

辐射本领的概念：在单位时间内，从黑体单位面积上，波长λ附近单位波长范围内所辐射的能量

师：同学们阅读课本第26页第二段以及观察图像图2-5 知道“辐射本领”为学生读的概念

图作准备

引导学生读图

学生阅读课文

培养学生阅读习惯，以及分析问题的能力

提出问题

师问：观察图像，电磁波的辐射本领与波长呈现出怎样的规律？

学生阅读的同时积极思考，积极回答

培养学生细心观察，归纳总结能力

培养良好的学习习惯

师生共同归纳总结规律

随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都在增大；另一方面辐射本领的最大值向波长较短的方向移动

学生记笔记，加强记忆理解

教师讲述

如何从理论上解释黑体辐射的规律呢？

1896年，德国物理学家维恩从热力学理论出发，得到维恩公式，但它只是在短波部分与实学生跟随老师的验相符，而在长波部分与实验存在明显差异，思路了解物理学1900年英国物理学家瑞利从经典电磁理论推史上的相关知识

导出另一公式，在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长5 培养学生认真听讲的好习惯

趋于零时，辐射本领将趋于无穷大，显然这是荒谬的，这种情况被称为“紫外灾难”。

按照经典物理学推导出来的以上公式都不能解释黑体辐射本领与波长关系的实验曲线，且当波长趋于零时，辐射本领将趋于无穷大。

过渡

德国物理学家普朗克对“黑体辐射”问题进行了系统的理论研究

师：请同学们来介绍你们从网络资源中获得的有关物理学家“普朗克”的相关资料

顺着老师的引导搜寻已获得网络资料

甲同学：德国物理学家、量子物理学的开创者和奠基人1918年获得诺贝尔物理学奖

乙同学：普朗克最伟大的成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上一次巨大变革，从此结束了经典物理统一天下的局面

学生阅读课文

引出下一个讨论问题

展示资料

培养学生借助网络获取知识信息的习惯，多给学生创设一些展示自我的平台

引导学生阅读

师：同学们阅读课文P27页第三、四自然段

培养阅读习惯

从书本获取知识是学生学习的主要途径

师生共同总结

三、普朗克假设

普朗克于1900年12月14日提出了以下两条假设：①合体与空腔壁是由大量振子组成的，学生归纳总结知这些振子可通过辐射和吸收电磁波与周围磁识并强化记忆

场交换能量。

②这些振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量的整数倍

这样的假说调和了经典物理学理论研究热辐射时遇到的矛盾，给出的黑体辐射的普朗克公式圆满地解释了实验观察现象。这个成就揭开了旧量子论与量子力学的序幕。因此2月14日定为“量子日”，普朗克也因此在1918年获得了诺贝尔物理学奖，在他的启发下，爱因斯坦于1905年提出了“光量子假说”

教师讲述

认真听讲

从老师讲述中使学生获得未知知识，体现老师的主导作用

问题

量子论关于能量的观点与经典物理学能量观点有什么不同？（课本图2-8）

交流观点

学生互相讨论、交流

呼应课题拨开“疑云

师：请同学们来谈谈自己的看法

6 纷纷表述自己的给学生创

见解

立展现自己观点的平台

总结讨论结果

具体到图2-8所展示的情景中：把质量为M的箱子移到相同高度H的过程中，比较重力势能的变化：

经典物理学的观点：箱子沿斜面向上移动，其重力势能的数值是连续的，可以取零到最大值MgH之间的任意值

量子理论的观点：箱子沿着一个个高为h的台阶向上移动，它在这些台阶上时的重力势能的值是不连续的，只能是“Mgh”的整数倍，是“量子化的”

学生理解这两种观点的不同

在学生的思维中初步建立量子模型，为后面的学习打下基础

引导学生阅读“信息浏览”

师：同学们自读课本P28信息浏览，可以大胆细心阅读

阐述自己的体会

认真思考

引导学生总结学习科学家身上的优良品质

培养学生学习物理学家的优良品质，做一个敢于质疑，敢于创新的学习者。

交流信息

师：同学们可以借助网络或查阅资料去获取更多的物理学相关的知识来拓展自己的视野！

生甲：可以看出普朗克对真理执着的追求精神

生乙：普朗克勇于探求未知知识

生丙：普朗克敢于挑战，根据实验事实建立新的思维理论

案例：某红光的波长为6.35×10-7m，求其能量子的值。

案例分析（多媒体子的值：

打出例题）

分析：根据公式c和E=h，可求得能量与老师共同分析题意，得出结果

3.0108E=h=h=6.63×10m×J 76.3510c-34培养学生分析、求解能力

=3.13×10-19J 反馈练习

课本完成：课本P28

第2题

老师阅评上台同学练习，加强解题规范要求

普朗克的能量子假说，拨开了笼罩在“晴朗天空的第二朵乌云”，解决了“紫外灾难”带来的困惑，打开了人类认识微观世界的大门，在物理学史上是具有划时代的意义，普朗克的贡献远远超出了物理学的范畴，它启发人们在新7 学生自己练习，一名同学上台板演

加强学生书写规范训练

课堂总结

师生共同总结

巩固教学内容

事物面前，要敢于冲破传统思想观念的束缚，勇于提出新观点、新概念，新理论。

家庭作业与活动

1．课本P28第3题

2．利用网络获取量子论的更多知识与信息

巩固教学内容加强自主学习能力

【板书设计】

第一节

能量量子化

一、热辐射定义

二、黑体定义

1．辐射本领

2．辐射本领与波长的关系

3．紫外灾难

三、普朗克假设

1．两条假设

2．量子论关于能量的观点与经典物理学能量观点的不同

四、实例分析

分析：

五、学生巩固练习

【教学反思】

这节课的教学进程，沿着物理学历史的足迹：提问→质疑→探究→建立新的理论，引导学生建立新的思维方式，接受新的物理理论观点。以下两点是本人教学后的一些思考：

1．课堂教学中注重创设一定的学习情境和氛围，提供大量的图片，师生共同借助网络获取信息和资料，丰富学生的感性认识，为学生“见物思理”创设条件。

2．学生各种学习能力的培养和科学意识的培养都融入在科学知识和科学方法的学习过程中，学生在学习中既掌握了知识，又体会到了学习的快乐，教师既传授了知识，也达到了育人的效果。

3．教师与学生在课堂上应处于一种合作关系，允许学生自由、主动地学习，激励学生积极、主动地思考，变平淡为奇趣，使学生进入问题情景中，激发学生的好奇心和求知欲，引导过程要“少而精”，及时调控学习方向。

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