1　能量量子化主要内容及教案内容

人教版《普通高中课程标准实验教科书物理（选修3-5）第十七章第1节

能量量子化

【教学目标】

（一）知识与技能

1．了解热辐射及热辐射的特性。

2．了解黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律。

3．了解能量子的概念。

（二）过程与方法

1、通过能量子概念的提出过程，感悟以实验为基础的科学探究方法。

2、通过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。

（三）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。

【教学重点和难点】

重点：理解能量子假说

难点：黑体辐射的实验规律

【教学方法】

教师启发、引导，学生自学、讨论。

【教学准备】

多媒体课件，黑体模型

【教学过程】

一、引入

十九世纪末，科学家在研究黑体辐射时发现实验规律与理论不符合，经典物理学受到了挑战。

二、新课教学

（一）黑体与黑体辐射

阅读教材P27“思考与讨论”，观看视频，讨论总结

1、热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关

特点：①一切物体，任何温度下都有热辐射

②温度越高，热辐射中较短波长（频率高）的成分就越强

问题：（1）常温下物体自身的热辐射是看不见的红外线，我们为什么还能看见物体的？

——反射外界射来的入射光

（2）如果某种物体能够能够完全吸收入射的所有光而不反射，我们看起来是什么颜色？——黑色。

2、黑体：能全部吸收入射的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

——黑体是理想化模型

阅读教材P27“思考与讨论”

（1）黑体模型：不透明的带有小孔的空腔

（2）一般物体辐射电磁波的情况与温度有关外还与材料种类及表面状况有关，而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

2、黑体辐射的实验规律

加热空腔，小孔就成为不同温度下的黑体，科学家利用相关设备就能测量出它辐射的电磁波强度按波长的分布情况

观察教材图17.1-2，四条图线分别表示了四个温度下的辐射强度分布，讨论

（1）某一条图线是反映一定温度的，图线的起伏说明了什么规律？

（2）辐射强度与温度有什么关系？

（3）辐射强度的极大值是怎么变化的？

讨论总结：随着温度的升高：

（1）各种波长的辐射强度都增加，

（2）辐射强度的极大值向波长较短（频率较高）的方向移动。

问题：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？

阅读教材P28。

3、能量子

1900年底，德国物理学家普朗克提出了能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍（可能是：ε，

1ε，2ε，3ε，．．．

nε，n为正整数，称为量子数），当这些带电微粒发射和吸收能量时也只能以这个最小能量值ε为单位一份份地进行。这个最小能量值ε叫做能量子

ε=hν

其中，ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，

问题：对能量量子化如何理解呢？

在宏观世界中我们认为能量是连续变化的，比如弹簧振子，只要在弹性限度内，可以把小球推到任意位置，它的能量可以是任何值，我们说能量值是连续的。

如果是爬楼梯，人的重力势能的变化就不是连续的。普朗克的假设就是认为微观粒子的能量是量子化的，或者说是分立的。

借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，这公式与实验非常符合。1918年普朗克也因此荣获了诺贝尔物理学奖

问题：普朗克能量子假说在物理发展史上有什么重大意义？

阅读教材P20。

【课堂小结】

学生自主总结所学内容

【课堂训练】

1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的

(

) A．木棒的长度

B．物体的质量

C．物体的动量

D．学生的个数

2．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(

) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

—3．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1018J，已知可—见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量h=6．63 x1034J·s，则进人人眼的光子数至少为

(

) A．1个

B．3个

C .30个

D．300个

4．在一杯开水中放入一支温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段的降低呢？

【教学反思】

学生受以前的学习的前概念的影响，认为物质是连续可分的，同样能量也是连续可变的。经验认识的缺乏使得学生对能量量子化难以理解。由于本节课的教学要求是让学生了解、知道一些量子论的基本规律，因此教学以讲授为主，同时将有关物理学史以故事的形式穿插到讲解中，既吸引学生兴趣，又理清了知识要点，还让学生体会到物理发展进程中物理学家面临物理新问题的科学态度。