1　能量量子化优秀教学设计

能量量子化

重/难点

重点：能量子的概念。

难点：黑体辐射的实验规律。

重/难点分析

重点分析：1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：黑体中振动着的带电微粒的能量只能是最小能量值ε的整数倍（即：ε，

1ε，2ε，3ε，．．．

nε，n为正整数，称为量子数），这些带电微粒发射和吸收的能量也不像经典物理学所允许的可具有任意值，也只能以这个最小能量值ε为单位一份份地进行的。

难点分析：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。

突破策略

（一）引入新课

教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）

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。但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。从第一朵乌云中降生了量子论，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”。

点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来——能量量子化的发现。

（二）进行新课

1．黑体与黑体辐射

教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。

（1）热辐射现象

固体或液体，在任何温度下都在发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。

例如：铁块

温度↑

从看不出发光到暗红到橙色到黄白色

从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。

（2）黑体

教师：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。

概念：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。

教师：课件展示黑体模型。

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。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

2．黑体辐射的实验规律

教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。

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，设置疑问。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”。

3．能量子：超越牛顿的发现

教师：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。

课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式

（1）黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式

2πh334M(T)2h/kT，

h6.5510Js

。

ce1普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。

黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？

没有。

物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相

应的效应叫做光电效应。

例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

解析：所谓“量子化”是指不连续的情况,而选项A、B、C作为宏观物体的特性,具有连续性,学生个数不具有连续性。答案:D。

例2. 对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(

) A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收

B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍

C.吸收的能量可以是连续的

D.辐射和吸收的能量是量子化的

解析：根据普朗克能量子假说,带电粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,能量的辐射、吸收要一份份地进行,故选项A、B、D正确。

突破反思

本节的知识对学生来说学前相关经验较少，理解起来有一定困难。因此要以接受学习为主，教师在讲解时可以充分利用直观的图像来做说明并做好知识铺垫，同时要注意语言的生动、形象。在能量子概念教学时，要让学生体会物理发展进

程中物理学家面临物理新问题的积极态度，更多的引发他们对物理学家敢于突破先前思想、先前理论束缚的创新精神的钦佩之情。