1　能量量子化教案设计

能量量子化

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

。

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。 教学重点 能量子的概念

教学难点 黑体辐射的实验规律 一、引入新课 教师：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。

1990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，后辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面再加几位罢了！

但开尔文毕竟是一位重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，”

这两朵乌云指的是什么呢？

一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而，时隔不到一年，（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。经典物理学的大厦彻底被动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村。”

这节课，我们就体验物理学新纪元的到来——能量量子化。

二、黑体与黑体辐射

在了解什么是黑头与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

1.

热辐射现象

固体或液体，在任何温暖下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子收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：加热铁块

随着温度的上升，从看不出发光到暗红，再到黄白色。

从能量的角度来看，是热能转化为电磁能的过程。

2．黑体

除了热辐射外，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。如下图：

不透明的材料，制成带小孔的空腔，可近似看作黑体。

研究黑体辐射的规律是垃圾一般物体辐射性质的基础。

3.黑体辐射的实验规律

请同学们阅读教材“黑体辐射的实验规律”部分。

黑体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所增加；另一方面，辐射强度的极大值波长向波长较短的方向移动。

那么，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，甚至得到了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。

4．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。必然会促使我们去发现新的理论，这就是能量子的概念。

1990年，德国物理学家普朗克提出了能量量子说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振运子，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，在这这些状态中，谐振子的能量并不像经典物理学所允许的课具有任意值。相应的能量是某一最小能量

（能量子）的整数倍，即：

， ， ，，， 。n为正整数，称为量子数。

对于频率为

的谐振子最小能量为：

这个最小值，就叫能量子。

普朗克理论：在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是的 整数倍。

每份能量为:

其中：

,称为普朗克常量。

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？

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。

课堂练习：

1.请你填空:在做全国人口普查时我们关心的是:现在全国有几___人, 班级小组长在数人数时常用:一___,两___;等.

2.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?

3.在白天,对面楼房的窗户看上去是黑色的,而外墙面是亮的.为什么?

4.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?

请你与同桌讨论一下,说说你的猜想.

小结：

微观粒子的运动是不连续的, 在发射和吸收能量的时候，不是连续的，而是一份一份的。能量是h

的整数倍。