1　能量量子化第一课时导学案

教学课题： 第一节 能量量子化

课 时：一课时 教 师： 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。

教学重点: 能量子的概念

教学难点: 黑体辐射的实验规律

教学过程：

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：

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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： 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

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。

三、黑体辐射的实验规律

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 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。

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三、黑体辐射的实验规律 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。

三、黑体辐射的实验规律 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：

e

=h n 普朗克常量h=6.62610-34J·s 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：

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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=6.626×10-34J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。 能量是h

的整数倍。 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：

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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

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。

课堂练习：

1、灯向外辐射的能量是最小能量的整数倍。那么红光的最小能量比紫光的最小能量大还是小? 2、光源发出的光能是一份一份的，那么每份光能是怎样传到你的眼睛里呢？是均匀分布在两只眼睛里？还是每份只传给一只眼睛上的某一处呢？

联想

根据物理课本知识，物体的所带电量是基本电荷的整数倍，但现代科学发现：有的基本粒子所带电量是基本电荷的分数倍。 普朗克提出了能量是最小能量hν的整数倍，那么该最小能量还能再分吗？如果能分，又是按怎样的规律分呢?

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