1　能量量子化新颖的课程导入教案

高中物理选修3-5教学设计

17.1能量量子化

一．教学计划：1课时

二．教学目标：

1.了解黑体辐射。

2.了解能量子的概念及提出的科学过程。

3观察人辐射的强度与波长的关系图并进行归纳。

4.了解宏观物体和微观粒子能量特点，体会量子论对物质世界的认识。

三．教学重点：

1.了解黑体与黑体辐射。

2.掌握黑体辐射的实验规律。

3.理解能量子。

四．教学难点：

体会量子论对物质世界认识过程的突破。

五．教学过程：

问：黑体就是黑色的物体吗? 提示：不一定,黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,不一定是黑色的物体。

二、黑体辐射的实验规律

1.一般材料的物体,辐射电磁波的情况,除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。

2.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。随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都增加。另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

三、能量子

1.定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍。即:能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

2.能量子大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量,h=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。

3.能量的量子化:在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。

一、对黑体和黑体辐射的理解

任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称为热辐射。

黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(但黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,但许多物质是较好的黑体近似。

二、一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点

热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同. 特别提示

黑体是一个理想化的物理模型,黑体看上去不一定是黑色的。

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三、能量子的计算

能量子的计算问题一般涉及求对应波长(频率)的电磁波的能量问题或求光子数的问题。

1.求光子能量的问题的思路

(1)题目若直接给出电磁波的频率,则应用ε=hν求出对应频率电磁波的能量。

2.求光子数问题的一般思路

(1)根据已知条件利用ε=hν求得每一个光子的能量。

(2)根据Pt=Nε,求出光子数N。

对黑体的理解：

【例题1】

关于对黑体的认识,下列说法正确的是(

) A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的

B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关

C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关

D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体

解析：黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,选项A错误。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,选项B错误,选项C正确。小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此小孔成了一个黑体,而不是空腔,选项D错误。

答案：C 题后反思黑体完全吸收电磁波而不反射,同时其本身也辐射电磁波;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与其他因素无关。

对能量子的认识: 【例题2】

(多选)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,其能量都相同

解析：根据棱镜散射实验可知太阳光是由各种单色光组成的复合光,故选项A正确。根据能量子的概念可知,光的能量与它的频率有关,而频率又等于光速除以波长,由于红光波长最长,紫光波长最短,可以得出各单色光中能量最强的为紫光,能量最弱的为红光,即选项B、D错误,选项C正确。

答案：AC 题后反思不同谱段的能量大小可依据普朗克能量子假说来判断或计算,即ε=hν。

普朗克能量子假说的综合运用: 【例题3】

人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量取

6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(

) A.2.3×10-18 W

B.3.8×10-19 W C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W 题后反思解这类问题的关键是用好两个公式:

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(1)ε=hν;(2)c=λν。

六.练习; 1.

课本30页1、2、3 2.

优化设计32页例1、2、3 七．反思:讲清热辐射、黑体辐射及规律、能量子，并结合例题和练习能进行计算. 八．作业：

优化设计32页基础巩固1--8

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