1　能量量子化教学实录与评析

能量量子化

【教学目标】

1、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

2、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。

3、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。

【重点难点】

1、重点: 能量子的概念

2、难点: 黑体辐射的实验规律

【授课内容】

引入新课

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！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”。

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

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。

①、所辐射电磁波的特征与温度有关。

固体在温度升高时颜色的变化

例如：铁块在随温度升高时从看不出发光到暗红到橙色到黄白色

这种与温度有关的辐射

称为热辐射

800k 1200k 1200k 1400k

②、热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程

任何物体任何温度均存在热辐射,

温度

发射的能量

直觉:

低温物体发出的是红外光

炽热物体发出的是可见光

高温物体发出的是紫外光

注意：

激光 日光灯发光不是热辐射

③

无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。

④热辐射解释：大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率作无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。

思考与讨论：

一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？

2.、黑体辐射：

能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体。

3、黑体辐射实验规律：

说明：

(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。

②辐射强度：

单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。

实验结果e0(,T)M0(T)实验值紫外普灾朗难克线维恩线15001300KK1100K1700K瑞利--金斯线0 1 2 3 4 5 6(μm)λo12345678/μm

公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符 ---- 紫外灾难

黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。

二、能量量子化假说：

1、普朗克能量子假说

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。

2、对于频率为ν的能量子最小能量：ε=hγ

h=6.62610-34焦耳。----普朗克常数

比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。

3、振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量

能量

e0(,T)实验值普朗克经典

4、意义：

量子

71 2 3 5 6 8 94λ(μm)

Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。

5、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

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年他荣获诺贝尔物理学奖。

他的墓碑上只刻着他的姓名和h=6.6626×10－34j·s

【课后反思】

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过2πh3M(T)2h/kTce1

程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。