1　能量量子化课堂实录【2】

§17.1 能量量子化

（一）教学目标

1、知识与技能：了解热辐射的能力与波长和温度有关，了解黑体辐射；知道普朗克“量子假说”的主要内容；知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点；通过学生阅读、分析与讨论，培养自学能力、合作能力和表达能力。

2、

过程与方法：通过观察白炽灯灯丝在电压升高时的发光情况，体会观察和分析物理现象的方法；通过了解普朗克“量子假说”的背景，体会物理模型的意义和量子论对人类认识物质世界所产生的深远影响。

3、情感、态度与价值观：了解光的微粒说和波动说之争，体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用。养成大胆质疑、勇于创新、敢于发表自己观点的习惯，培养既坚持原则又尊重他人的思想品德。

（二）学情分析

学生刚接触大量新的抽象概念，理解也较困难，应通过实验、图片和课件，从实验事实出发，运用讲解和类比的方法进行启发引导，让学生体会这些概念。

（三）教学思路

本节先从黑体辐射引出量子化假设，引出普朗克黑体辐射公式与实验曲线符合之好令人击掌叫绝。使学生体会量子理论给人们认识世界带来的影响。本节内容富含物理学史资料，在教学中运用好这些教学资源，不但可使课堂教学生动活泼，还可以对学生进行许多的思想教育。本节教学内容多、但要求不高，因此可以在学生自学的基础上，通过实验、图片和课件、师生共同讨论等教学方法，帮助学生理解概念。

（四）教学重点、难点

1、重点：光量子的概念。黑体辐射实验规律。

2、难点：学生缺乏相关的背景知识和概念的抽象性。

（五）教学方法、学习方法：

教法：实验观察、问题式讨论和讲授。

学法：阅读思考、讨论交流。

（六）教学流程

1、引入新课

在本章的“导入”中曾介绍，1900年著名物理学家开尔文踌躇满志地宣告，物理学已尽善尽美了，只是在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的令人不安的乌云。相对论就是由其中一朵小乌云引发的一场物理学革命，今天我们再来认识由另一朵小乌云引发的另一场物理学革命。

2、新课教学

（1）

“紫外灾难”

观察现象：一只“220V、60W”的白炽灯，由220V交流电经0～250V自藕变压器降压后供电，用示教电表监测电灯两端的电压。引导学生观察电灯分别在50V、100V、150V、200V等电压下的发光情况。

思考问题：灯丝温度、发光情况有什么变化？这种变化蕴藏着什么规律？

阅读教材、讨论交流：学生阅读课本知识点一：“紫外灾难”。小组讨论上述实验现象。

汇报讨论结果、归纳小结：温度越高，辐射越强，辐射的波长越短。

（2）

能量不连续

提出问题：物理学家根据经典理论得出的黑体辐射强度与辐射波长、温度关系的曲线和实验得到的曲线不吻合，说明研究所遇到的极大困难，普朗克提出量子假说。

阅读教材：“不连续的能量”。并回答“量子假说”的要点。

量子假说：辐射是不连续的，是一份一份地进行，每一份能量称为一个量子，辐射的总能量E为量子的整数倍，量子的能量与频率成正比，与波长成反比。

式中c为真空中的光速，h=6.626×10J·s是普朗克常数。

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由于量子的能量相对于宏观物体的动能或势能来说，是非常微小的，完全可以被忽略。所以宏观物体（如铅球沿斜面滚下时）的动能或势能都是连续变化的。

可是在微观世界中，能量是量子化的。显然量子理论与经典力学的连续观念是不同的，这极大地深化了人类对物质世界的认识。

（3）

光具有波粒二象性

19世纪60年代，麦克斯韦创立了经典的电磁场理论，揭示了光是一种电磁波。1887年赫兹在验证电磁波的存在实验中意外发现，当用某种光照射金属时，金属中会逸出电子来，这种现象后来被称为光电效应。在经过研究得出光电效应的规律后，人们发现用光波动说无法解释这些规律。

爱因斯坦第一个意识到普朗克量子假设的重要性，他发展了能量量子概念，提出了光量子假设。他认为：光是不连续的、是一份一份的、具有一定能量的物质，每一份为一个单元叫做光量子，在人们接受这一概念之后把它命名为光子。光在一定条件下表现为粒子性即不连续性；而在另一定条件下表现为波动性。

3课堂练习

例题：根据量子理论，光子的能量的频率、为光的波长，普朗克常数取，其中c为真空中的光速、为光已知太阳光垂直照射时，每平方则在垂直米面积上的辐射功率为P=1.35kw。假设太阳辐射的平均波长为于太阳光的S = 1 m面积上，每秒钟内可以接收到多少个光子？

解析：依题意，太阳光平均一个光子的能量为

2在1 m面积上，1s内得到的阳光总能量为

2得到的光子个数

4课堂小结、作业布置

课后记载

本节的教学涉及很多新的概念，而且会遇到很多学生所没有的背景知识。如什么是波、波长、干涉、衍射、波动性等知识，实际上学生并不知道。因此，诸如此类的教学困难，要求教师在教学过程中应注意处理好教学各环节的衔接，要注意把握一个度，许多知识只是系统性的需要，而不要讲得太深，不要展开。本节课的教学处理基本上符合课标的要求，对有些概念作了适当的介绍，而对有些知识则一带而过。对于课后的作业，可以补充些有关微观量的计算，以强化学生对微观数据的印象。