1　能量量子化教案设计范例

物理：17.1《能量量子化：物理学的新纪元》教案

物理名言：科学的历史不仅是一连串的事实、规则和随之而来的数学描述，它也是一部概念的历史。当我们进入一个新的领域时，常常需要新的概念——普朗克（1858-1947）。德国物理学家，量子论的奠基人之一。

最好的光学显微镜也看不到大小仅为10 m的原子，那是因为可见光的波长太大了。要想看到更小的东西，需要选择波长更短的波来帮忙！1932年一台神奇的显微镜出现了，它就是电子显微镜。在这种显微镜下，我们真切的看到了物质的微观结构，在电子显微镜中，电子代替了光子！电子为什么能代替光呢？

新课标要求

1、内容标准 （1）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。 （2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （3）了解康普顿效应。 （4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。 （5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。 （6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。 例1：通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。

2、活动建议：阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。

17.1 能量量子化：物理学的新纪元

三维教学目标

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

（1）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。

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（2）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。

教学重点：能量子的概念

教学难点：黑体辐射的实验规律

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备

教学过程：

第一节 能量量子化：物理学的新纪元

（一）引入新课

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。

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

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。阅读教材关于热辐射的描述。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 温度升高

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

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。（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。

黑体模型

2、黑体辐射的实验规律

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。

提出1：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”。（瑞利--金斯线，见课件）

e0(,T)

3、能量子：超越牛顿的发现

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：

实验结果

1500K1300K1100K

1700K

λ

(μm)0

1

2

3

4

5 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3M(T)2h/kTce1h6.6261034焦秒 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。

他的墓碑上只刻着他的姓名和（ ）

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。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”。

课后练习

1、我们周围的一切物体都在辐射____________，这种辐射与物体的____________有关，所以叫______________。除了这种辐射以外，物体表面还会____________和____________外界射来的电磁波，若某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生____________，这种物体就叫____________。

2、实验测出了辐射的电磁波的强度按波长的分布情况。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有____________，另一方面，辐射强度的极大值向波长____________的方向移动。

3、微观世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值叫____________，它的值为_________。

4、对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是 ( ) A．太阳光是由各种单色光组成的复合光 B．在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为红光

C．在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为紫光 D．组成太阳光的各单色光的能量都相同

5、一束红光从空气射入折射率为1.5的玻璃，则这束红光的能量将 ( ) A．增大 B．减小 C．不变 D．无法确定

6、对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是 ( ) A．温度 B．材料 C．表面状况 D．质量

7、已知某单色光的波长为λ，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为( ) A．hc B．hh C． D．hcλ

c

8、单色光从真空射入某介质时， ( ) A．波长变长，速度变小，光量子能量变小 B．波长变长，速度变大，光量子能量不变

C．波长变短，速度变小，光量子能量不变 D．波长变短，速度变小，光量子能量变大

9、关于光的传播，下列说法正确的是 ( ) A．各种色光在真空中传播速度相同，在同一介质中传播速度不同

B．各种色光在真空中频率不同，同一色光在不同介质中频率相同

C．同一色光在不同介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同

D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比在任何介质中的波长长

10、能正确解释黑体辐射实验规律的是 ( ) A．能量的连续经典理论 B．普朗克提出的能量量子化理论

C．牛顿提出的能量微粒说 D．以上说法均不正确

11、某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射的光量子数为 ( ) A．PhPcPhP B． C． D．

cchch-23-34-34-1912、普朗克常量h是自然界中的一个基本常数，它的值为 ( ) A．6.02×10mol B．6.62×10mol·s C．6.63×10J·s D．1.6×10J·s 13、由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，举一些我们周围不连续的实例。

14、由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低，为什么是连续的，而不是一段一段的？

1、电磁波，温度，热辐射，吸收，反射，反射，黑体 2、增加，较短 3、能量子，h ν

4、AC 5、C 6、A 7、A 8、C 9、ABD 10、B 11、A 12、C 13、人的个

数，自然数，汽车等 14、由于宏观物质是由大量微粒组成的，每一个粒子的能量是一份一份的，这符合能量量子化假说；而大量粒子则显示出了能量的连续性，故我们平时看到的物体温度升高和降低不是一段一段的，而是连续的。