1　能量量子化教学设计及教案分析

17.1 能量量子化 一、教学目标

【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。

二、重点难点

教学重点：能量子的概念

教学难点：黑体辐射的实验规律

三、教学过程：

（一）通过物理学史引入课题

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勋爵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。”“未来物理学真理将不得不在小数点后的六位去寻找。”

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，----”

第一朵：黑体辐射有关→量子力学的起源

第二朵：迈克尔逊－莫雷实验→相对论的起源

引出本节主要学习内容：黑体辐射问题

（二）黑体辐射相关概念

1．热辐射．

(1)定义：任何物体在任何温度下都会不断地发射、吸收各种波长的电磁波，这种现象叫做热辐射。

(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．

(3)规律：热辐射现象是通过把内能转化成电磁能进行传递。

(4)三种热传递的方式：热传导、热传递、热辐射

2、热辐射与温度的关系

通过大量例子，让学生感受热辐射与温度之间的联系，认识到不同温度的物体产生的热辐射不同：低温物体产生红外光（耳温枪为例）；炽热物体产生可见光（煤气灶为例）；高温物体产生紫外光（紫外灯为例）。

3、黑体

（1）定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称

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①维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩(W.K.Wien)从热力学理论出发，得到了一个公式，但它只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异(如图中所示)．

②瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利(J.Rayleigh)从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果如图中所示，在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”．

③普朗克公式解释：1900年，德国物理学家普朗克第一次提出了黑体辐射公式M(T)2πh3普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意2h/kTce1地相符”．比较图线如图右所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值。为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子。即能量是不连续的，是量子化的，或者说是分立的，只能取一些特殊的离散的值。

（四）能量子

(1)能量子的定义：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．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收时．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．

(2)能量子公式：ε＝hν

其中，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量(Planck 34constant)，其值为h6.6310Js

(3)能量的量子化．

在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．

通过观看视频《手绘定格动画，悟空大战超人！！！》，让学生更深刻地理解宏观上的连续与微观上的量子化。

提出问题：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？

解释：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

【答案】4.23×1021(个) 【解析】紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数．紫外激光能量子的值为：

6.63103431080J=5.681019J

80.3510hc

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则该紫外激光所含光子数：

nE024004.231021个

195.6810（五）课堂小结

从黑体辐射出发，认识黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的三种理论解释。重点理解能量量子化的概念和提出的背景。

（六）课后作业

完成配套练习《全优课堂》17.1节能量量子化。

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