《能量量子化》教案2

能量量子化教案【教學(xué)目標(biāo)】(一)知識(shí)與技能1了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射 2了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系3了解能量子的概念(二)過程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】能量子的概念【教學(xué)難點(diǎn)】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流?！窘虒W(xué)用具】投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備【教學(xué)過程】(一)引入新課教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：(多媒體投影，見課件。)19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀(jì)的發(fā)言：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！币簿褪钦f：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。然而， 事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路， 柳暗花明又一村”。點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來能量量子化的發(fā)現(xiàn)(二)進(jìn)行新課1黑體與黑體輻射教師：在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請(qǐng)同學(xué)們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。學(xué)生：閱讀教材關(guān)于熱輻射的描述。教師：通過課件展示，加深學(xué)生對(duì)熱輻射的理解。并通過課件展示，使學(xué)生進(jìn)一步了解熱輻射的特點(diǎn)，為黑體概念的提出準(zhǔn)備知識(shí)。(1)熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。例如：鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色從能量轉(zhuǎn)化的角度來認(rèn)識(shí)，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。(2)黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。黑體模型概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡稱黑體。教師：課件展示黑體模型。不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。2黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。如圖所示。黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。教師：提出問題，設(shè)置疑問。怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢？在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符，甚至得出了非常荒謬的結(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。課件展示：瑞利-金斯線。見課件。0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K實(shí)驗(yàn)結(jié)果3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)教師：利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必然會(huì)促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量(稱為能量子)的整數(shù)倍，即：， 1，2，3，. n，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對(duì)于頻率為的諧振子最小能量為這個(gè)最小能量值，就叫做能量子課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式(1)黑體輻射公式1900年10月9日普朗克在德國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的墓碑上只刻著他的姓名和黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？沒有。物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對(duì)光的完美理論(光的波動(dòng)性、電磁理論)進(jìn)行解釋會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？明天，我們就繼續(xù)學(xué)習(xí)“科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性”(三)課堂小結(jié)教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容