1　能量量子化第二课时教案

《17.1 能量量子化》教学设计

一、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，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

（二）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。

（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。

二、教学重点

能量子的概念

三、教学难点

黑体辐射的实验规律

四、教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

五、教学用具：

投影片，多媒体辅助教学设备

六、课时安排

1 课时

七、教学过程

（一）引入新课

教师：介绍能量量子化发现的背景

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。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。

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。”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视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。然而，

事隔不到一年（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。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。

点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现

、

（二）进行新课

1．黑体与黑体辐射

教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

学生：阅读教材关于热辐射的描述。

教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为

黑体概念的提出准备知识。

（1）热辐射现象

我们周围的一切物体在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，所辐射电磁波的特征与温度有关，所以叫做热辐射。热辐射主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强。例如：铁块温度升高时，从看不出发光到暗红到橙色到黄白色，从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。

一般物体不只是自身辐射电磁，还会吸收、反射其他物体的电磁波，一般材料的物体辐射电磁波的情况，除了和温度有关外还与材料的种类及表面状况有关。

思考：在研究物体热辐射规律时，如何排除物体反射其他物体热辐射的影响呢？

（研究只是辐射而不反射电磁波的物体更具有普遍意义）

（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。

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。

教师：课件展示黑体模型（图1）。

不透明的材料制成带小孔的的空腔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生很多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔可近似看图1

黑体模型

作黑体。如图所示。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

2．黑体辐射的实验规律

教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，结合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。（图2）

黑体热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增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

教师：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？（提出问题，设置疑问。）

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，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。

课件展示：瑞利--金斯线（图3）。

3．能量子：超越牛顿的发现

教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。

1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍即：ε，2ε，3ε，... nε（n为正整数，称为量子数）。当带电微粒辐射和吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射和吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子

图2 黑体辐射的实验规律

ε=hν

图3

ν为电磁波的频率，h是一个常量，叫做普朗克常量，其值为：

h6.6261034Js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，与实验符合得非常好

课件展示：普朗克的公式与实验结果的比较（图4）

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年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。

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。

（三）课堂小结

引导学生概括总结本节内容

（四）作业

“问题与练习”1、2、3题

图4 普朗克公式与实验结果的比较

图4 普朗克公式与实验结果的比较