1　能量量子化优秀教学实录

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学 科：高中物理 课 题：能量量子化 授课教师：贺姜维 授课班级：

高三(五) 【设计理念】

以学生为主体，把学生的个体学习条件与学习环境结合起来，注重课堂演示实验，课堂上加强师生互动，提高学生的参与能力，加强教学演练，并在课后进行小结，建立学生的整体框架结构，加深对于课程难点和重点的理解，并设计问题检测，了解学生掌握情况，进行反馈。

【学情分析】

高三（五）班是个重点班，大部分学生基础较好，课堂接受能力强，对于教学的参与程度高，课堂气氛活跃，利于利用分析法和归纳法教学，在课堂上也可以引导学生独立研究和合作讨论探究法进行学习。

【教学目标】

（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

【教学重点】

理解能量子的概念，能量量子化的提出过程，以及黑体辐射的实验规律。

【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。

【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。

材料鉴赏：

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勋爵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

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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。

后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。

普朗克量子力学的诞生、相对论问世

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”。

一、热辐射现象

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。

固体在温度升高时颜色的变化

例如，铁块随着温度升高：

现象：

直觉: 低温物体发出的是红外光

炽热物体发出的是可见光

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高温物体发出的是紫外光

注意：

热辐射与温度有关

激光

日光灯发光不是热辐射

2、特点：

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。

3、热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。

二、黑体与黑体辐射

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，如果从远处看窗内，你会发现什么？

为什么？

几点说明：

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。

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。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础

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1、测量黑体辐射的实验原理图：

加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

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。

特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；

②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。

3、经典物理学所遇到的困难

解释实验曲线——

一朵令人不安的乌云

1)维恩的半经验公式：

短波符合;长波不符合

2)瑞利----金斯公式：

长波符合;短波荒唐

----紫外灾难

四、能量子：超越牛顿的发现

1、普朗克能量子假说

2、辐射物体中包含大量振动着的带电微

粒，它们的能量是某一最小能量的整数

倍

E=ne

n=1,2,…（e叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化）

3、谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量

4、对于频率为n 的谐振子，最小能量为：=h n

普朗克常量h=6.626´10-34J·s

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意义：（阅读书本p29）

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。

黑体辐射公式：

1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式：

五、普朗克能量子理论成功解释黑体辐射

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？

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，J.Thomson发现了电子

，此时，人们认识到那就是从金

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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？

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。死后他的墓碑上只刻着他的姓名和

h

=

6.626

×

10

-34

J



s

普朗克理论:能量在发射和吸收的时候，

不是连续不断，而是分成一份一份的。每份能量为:

E=hν

问题:

既然灯向外辐射的光能是分立的，一份份的。

为何我们看不到灯的亮度发生变化？

结论：

1、在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化

2、在研究微观粒子时必需考虑能量量子化

【例1】下列叙述正确的是（ACD ）

A、一切物体都在辐射电磁波

B、一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

D、黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

【例2】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3】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：根据公式ε=hν和ν=c/λ得

ν=ε/h=5.13×1014Hz

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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×l0-7m。

小资料库

1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量子假说，却受到冷遇，当时没有人相信他的假说。

能量子假说的提出，给经典物理学打开了一个缺口，为量子物理学安放了一块奠基石，宣告量子物理学的诞生。能量的变化竟然是不连续的，这与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”

。的原则直接矛盾，因此量子论出现之后，许多物理学家不予接受。量子论的出现，物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理论性的量子假说。

遗憾的是，普朗克虽然发现了能量子，但他不能理解这一发现的意义，对自己的发现长期惴惴不安。在发现能量子之后的长达１４年时间，他总想退回到经典物理学的立场。他曾在散步时对儿子说：“我现在做的事情，要么毫无意义，要么可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。”