1　能量量子化优质课教案

高中物理

选修3-5 第十七章 波粒二象性 第1节

《物理学的新纪元：能量量子化》教学设计

辽宁省实验中学辽东湾分校（盘锦市辽东湾实验高中）

赵华志

【教学目标】

1、了解热辐射及热辐射的特性；

2、了解黑体辐射

3、了解黑体辐射实验规律，重点是了解黑体辐射强度与波长的关系；

4、通过观察热辐射的强度与波长的关系图像培养观察能力，体会量子论的建立，深化对物质世界的认识。

【教学重点】

黑体，黑体辐射强度与波长的关系及能量量子化。

【教学难点】黑体辐射的实验规律。

【教学方法】

讲授为主，启发、引导。

【教学用具】

多媒体辅助教学设备。

一、引入新课

教师：科学的历史不仅是一连串事实，规则和随之而来的数学描述，他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。----马克思.普朗克

十九世纪的最后一天，欧洲的物理学家齐聚一堂，迎接新世纪的来临。著名的科学家开尔文爵士惊叹于物理学的伟大成就，自豪的说：“物理学的大厦已经建成，后世的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。”

19世纪末，经典物理在各个领域都取得了很大成就：

牛顿定律：成功描述了宏观低俗物体的运动（牛顿三定律，万有引力定律等）

分子物理：成功解释了温度、压强、气体的内能

电磁学：建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程组

能量转化与守恒定律：找到了力、电、光、声等都遵循的规律

开尔文这么说，是因为在那个时代，经典力学通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献已经清楚的解释了物体之间的相互作用和天体运行规律，麦克斯韦电磁方程组将电与磁完美的统一起来，热力学统计物理可以解释分子的运动规律，仿佛物理学已经完全成熟了，没有什么重大的理论问题需要解决。以后的物理学家只需要将物理常数的精度提高几位就可以了。开尔文勋爵作新世纪展望发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只是要做一些零碎的补修工作就行了。”

但是，开尔文同时也说：“在物理学晴朗的天空中，还飘着两朵令人不安的乌云。”他所说的这两朵乌云其一是指黑体辐射问题中实验结果与理论不符合，另一朵是指寻找光的参考系-以太的麦克尔孙莫雷实验的失败。

恰恰是这两朵乌云，发展成为二十世纪物理学最伟大的两个发现：量子力学和相对论的诞生。人类认识到自己探索自然的道路还很漫长。

我们这节课就来学习“物理学新纪元的到来——能量量子化的发现”。

二、讲授新课

1、热辐射现象

思考与讨论1: 在炉火旁边有什么感觉？投在炉火中的煤块开始什么颜色？过一会后是什么颜色？

煤块温度升高，从看不出发光到暗红色到橙色到黄白色。

一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长电磁波（光），这种辐射与物体的温度有关，称为热辐射。

（板书）热辐射的特点：a、辐射强度与物体温度有关；还与材料.表面积有关；b、辐射电磁波的波长随温度变化而变化（随温度升高，电磁波的短波成分增加）；c、热能转化为电磁能。

2、黑体

思考与讨论2: 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？为什么呢？

向远处观察打开的窗户近似黑体。

（板书）定义：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体。

不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

注意：黑体不是黑色的物体！

（板书）黑体特点：

①黑体是个理想化模型

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、表面情况有关，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。

3、黑体辐射实验规律

测量黑体辐射的实验原理：

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

辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所辐射的各种波长的总能量。

（板书）黑体辐射实验规律：

a、辐射强度随温度升高增强；b、辐射强度极大值随着温度升高向短波移动。

介绍维恩曲线（紫外灾难）、瑞利金斯曲线。

介绍普朗克的黑体辐射公式，该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。在整个波段该公式的理论值与实验值吻合良好。

4、能量量子化

能量子假说：普朗克认为

带电微粒辐射或吸收能量时，都是一份份的，每一份叫能量子ε

。（板书）

能量子能量计算公式：ε=hν h=6.63×10-34J.s （普朗克常量）（板书）

三、课堂练习

1、下列叙述中正确的是：（ 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

2、在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（ AD ）

A. T1>T2

B. T1

C. 温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越长

D. 温度越高，辐射强度的极大值就越大

3、下列概念中，哪些是“量子化”的：（ D ）

A. 物体的长度 B．物体所受的重力

C．物体的动能 D. 人的个数

4、频率1015 Hz的辐射对应的量子能量是多少？

ε=hν=6.6×10 J 5、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？

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。在研究微观粒子时必需考虑能量量子化。

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四、课堂总结

1、黑体辐射及黑体辐射实验规律；

2、能量量子化

五、布置作业

课后习题1、2、3 【教学反思】

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，教师在讲授时可以充分利用直观的图像来做说明并做好知识的铺垫，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现过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习加敢于突破先前思想、先前理论束缚的创新精神的钦佩之情。