1　能量量子化第一课时导学案

《能量量子化》教学设计

青海湟川中学

李晓婧

【教学目标】

一、知识与技能：

1.了解什么是热辐射及热辐射的特性。

2．了解黑体辐射，了解黑体热辐射的强度与波长的关系

。

二、过程与方法：

了解能量子的概念

及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想。

三、物理核心素养：

了解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

。

【教学重点】

能量子的概念。

【教学难点】

黑体辐射的实验规律。

从实验图像感受黑体辐射实验规律的发展历程；

【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。

【教学过程

】

一、引入新课

教师：今天我们将要开启一个新的物理学学习的领域的大门---量子物理学，也就是教材选修3-5的第二章内容，我们首先来学习第一节《能量量子化》。可能同学们对这个名词比较陌生，现在请同学们先跟着老师一起来观看一幅图片。

教师展示扫描隧道显微镜下的铁原子排列图像。

教师：同学们看到的这张照片，是在扫描隧道显微镜下的排列的铁原子，我们可以观察到铁原子被放大了3亿倍之后的形态，在日常生活中，我们常见的光学显微镜的放大倍数是1500倍，电子显微镜放大倍数大约100万倍，而扫描隧道显微镜的放大倍数高达3亿倍！那么我

们接下来学习的知识又跟扫描隧道显微镜有什么关系呢？

让我们来进入今天的学习！

在学习新知识之前，我们来回顾一下物理学发展的历史中比较有趣的一件事。

1900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。”

“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云”

。

这两朵乌云是指什么呢？

一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关，也就是光速的问题，对于光速的认识所产生的矛盾已经由爱因斯坦提出的相对论解决。与黑体辐射有关的问题是如何得到解决的，又将导致什么新的发现呢？

二、进行新课

1．热辐射

教师：请同学们先阅读教材27第一段，思考：什么是热辐射，物体的热辐射有什么特性？（学生阅读教材、思考问题）

1.热辐射现象

教师：我们周围的一切物体都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与由于物体中的分子、原子受到激发而造成的，它与温度有关，因此称为热辐射。

所辐射电磁波的特征与温度有关。

当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强。。例如：在给铁块加热使其温度升高时，从看不出发光到暗红到橙色到黄白色

，这表明辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

视频播放或课件展示：铁块在温度升高时颜色的变化（下图）。

（板书）热辐射的辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

教师：展示生活中的烧水壶在加热时，台灯发光时，燃气灶工作时，芭蕾舞演员跳舞时，以及人的手在常温下和烤火时对比的热辐射照片。

让学生体验热辐射在生活中处处可见、

（2）黑体

教师：除了热辐射之外，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。

（板书）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。

教师：课件展示黑体模型（如下图）并进行阐释。

不透明的材料制成带小孔的空腔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔可近似看作黑体。

2．黑体辐射的实验规律

教师：一般材料的物体和黑体辐射电磁波的情况有什么不同呢？

学生：一般材料的物体辐射电磁波的情况除与温度有关，还与材料的种类和表面状况有关，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。

教师：研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础，请阅读教材“黑体辐射的实验规律”，稍后，课件展示（如下图）并讲解黑体辐射的实验规律。

那么在历史发展的过程中，诸多位物理学家对黑体辐射的规律研究做了理论和实验结合的研究方法：

一、维恩公式的解释：1896年，德国物理学家维恩从热力学的理论出发，得到了一个公式，但是它只是在短波区与实验非常接近，而在长波区则与实验偏离很大；

二、瑞利公式的解释：1900年，英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发推导出了一个公式，

其预测结果在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，尤其是在紫外线波段，当波长趋于0时，辐射强度将趋于无穷大，这种情况当时被人们称为“紫外灾难”！

3.普朗克提出能量量子假说：

1.内容：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，即：ε,1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。带电微粒辐射或者吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或者吸收能量，ε叫做能量子。

对于频率为ν的谐振子最小能量为：

其中h为普朗克常数：

2.

普朗克能量量子化假说与实验的比较：

hv34h6.62610Js

3.

能量子假说的意义

①普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。

②普朗克常数是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性和粒子性的桥梁。

三、教学反思：

本节课是波粒二象性这一抽象内容的第一节，学生对于原子物理学知识比较陌生，理解起来比较困难，因此教师要多从生活常见的例子出发，结合以前所学过的知识，充分利用多媒体教学手段，展示图片，播放视频等方法帮助学生理解内容。

四、板书设计：

五、作业：练习册1-2页