1　能量量子化公开课教案（教学设计）

17.1能量量子化

来安县大英中学

王春林

学习目标：

（1）了解黑体及黑体辐射的实验规律；

（2）了解能量量子化的概念及提出的科学过程。

一、预习导航，要点指津（约3分钟）

1.

物体在平衡位置附近做往复运动叫机械振动，而简谐运动中回复力的大小与位移成正比，回复力的方向指向平衡位置。简谐运动具有往复性、周期性和对称性的基本特征。在偏角很小的情况下单摆做简谐运动，单摆的周期公式为T=2πl。

g2.

机械波产生的必要条件是：有振动的波源；同时有传播振动的介质,二者却一不可。沿着波的传播方向，后一质点的振动总是迟于前一质点；且后面的质点总是重复前一质点的振动. 机械波是一种运动形式的传播，振动的能量被传递，但参与振动的质点仍在原平衡位置附近振动，并没有随波迁移。各个质点振幅相同，各质点的周期、频率及起振方向都与波源相同；一个周期内，质点完成一次全振动，通过的路程为4A，位移为零；一个周期后，质点的振动将重复．

3.

波动中的几个物理量：

波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离叫波长。而波在介质中传播一个波长所用的时间称周期。波的周期与传播的介质无关，取决于波源，波从一种介质进入另一种介质周期不会改变。

周期的倒数为波的频率，波的频率就是质点的振动频率。波速即波在单位时间传播的距离，机械波的波速取决于介质，一般与频率无关。经过一个周期T ，振动在介质中传播的距离等于一个波长，所以三者关系为V. T4.

光的色散：

①

白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光束.含有多种颜色的光被分解成单色光的现象叫做光的色散。各种色光按其波长的有序排列叫做光谱. ②

②各种色光性质比较：可见光中

红光

的折射率n最小，频率υ最小，在同种介质中(除真空外)传播速度v最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小(注意区分偏折角和折射角). 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”

也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！

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但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：

“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”

这两朵乌云是指什么呢？

一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而，

事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，

柳暗花明又一村”。

二、自主探索，独立思考（约10分钟）

阅读课本P27-29页，完成下列问题

1、热辐射：

固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 热辐射有什么特性： ①辐射强度及波长的分布随温度变化; ②

随着温度升高,电磁波的短波成分增加.

2、黑体：

如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。 黑体辐射有什么特点： ①黑体是个理想化的模型。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。

②对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。③一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。 3、仔细观察图17. 1-2.黑体辐射的实验规律，分析发现，随温度的升高，各种波长的辐射强度有什么变化？辐射强度的极大值有什么变化？

4、维恩公式与瑞利公式在理解黑体辐射规律分别有什么缺点？什么是“紫外灾难”？

5、为了得出与黑体辐射规律相同的黑体辐射公式，普朗克做了怎样的假设？

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6、公式ε=hv的物理意义是什么？公式中各物理量是什么？单位如何？

三、小组合作探究，议疑解惑（约5分钟）

【例1】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?

[答案] 根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度 .

【例2】对应于3.4×l0-l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色？

[解析] 根据公式ε=hν和ν=c/λ得

ν=ε/h=5.13×1014Hz

λ=c/ν=5.85×10-7Hz

5.13×10-14Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85—7×l0m。

四、展示你的收获（约8分钟）

学生展示、质疑、挑战、纠错、补充

五、重、难、疑点评析（约5分钟）

1、能量子的概念(重点) 2、黑体辐射的实验规律(难点) 六、达标检测（约8分钟）

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1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的 ( ) A．木棒的长度 B．物体的质量 C．物体的动量 D．学生的个数

2．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 ( ) A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光

3．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有 ( ) A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动【来.源：全,品…中&网】

C．黑体热辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何实验

4．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10—18J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量为：6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为 ( ) A．1个 B．3个 C .30个 D．300个

5．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 ( ) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

6．“非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗? 7．某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求：

(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? (2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?

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1.D 2.A 3.AB 4.B 5. ACD 6．根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了该人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就自然知道了该人的体温

7．(1)1031个／秒 (2)4x1023个／秒4x10—4W 解析：(1)每个光子的能量 E=hν=hc／λ=6．63 x10—34X3 X108／187．5J =1．06 X10—27J。

则每秒钟电台发射上述波长光子数

N=Pt/E=1031(个／秒)。

(2)设环状天线每秒接收光子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积

S=4πR2，而环状天线的面积s’=πr2，所以，n’=4x1023个；接收功率 P收=4xl0—4(w)。

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