能量量子化教學(xué)設(shè)計(jì)

1、能量量子化教學(xué)設(shè)計(jì)物理學(xué)的新紀(jì)元：能量量子化教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】1了解什么是熱輻射及熱輻射的特性。2了解黑體輻射，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系。3了解能量子的概念及提出的科學(xué)過程，領(lǐng)會這一科學(xué)突破過程中科學(xué)家的思想。4了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】能量子的概念?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。【教學(xué)方法】講授為主，啟發(fā)、引導(dǎo)。【教學(xué)用具】多媒體輔助教學(xué)設(shè)備?！窘虒W(xué)過程】一、引入新課教師：學(xué)習(xí)了選修3-4第十五章我們知道，1900年在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，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，

2、后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！薄暗?，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)，也就是光速的問題，對于光速的認(rèn)識所產(chǎn)生的矛盾已經(jīng)由愛因斯坦提出的相對論解決。與黑體輻射有關(guān)的問題是如何得到解決的，又將導(dǎo)致什么新的發(fā)現(xiàn)呢？我們這節(jié)課就來學(xué)習(xí)“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：請同學(xué)們先閱讀教材27第一段，思考：什么是熱輻射，物體的熱輻射有什么特性？（學(xué)生閱讀教材、思考問題）（1）熱輻射現(xiàn)象教師：我們周圍的一切物體都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與由于物體中的分子、原

3、子受到激發(fā)而造成的，它與溫度有關(guān)，因此稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)。例如：在給鐵塊加熱使其溫度升高時(shí)，從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色，這表明輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。視頻播放或課件展示：鐵塊在溫度升高時(shí)顏色的變化（下圖）。板書）熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。（2）黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會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。（板書）能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對黑體，簡稱黑體。教師：課件展示黑體模型（如下圖）并進(jìn)行闡

4、釋。不透明的材料制成帶小孔的空腔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個(gè)小孔可近似看作黑體。2黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教師：一般材料的物體和黑體輻射電磁波的情況有什么不同呢？學(xué)生：一般材料的物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)，還與材料的種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。教師：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)，請閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”，稍后，課件展示（如下圖）并講解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。輻射強(qiáng)度黑體熱輻射的強(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

5、波長較短的方向移動。教師：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)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別在1896年1900年提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。課件展示：兩種理論公式描繪的電磁波輻射強(qiáng)度按波長分布情況變化與實(shí)驗(yàn)規(guī)律的區(qū)別（見下圖），并引導(dǎo)學(xué)生了解圖中的信息。維恩公式：短波與實(shí)驗(yàn)接近，長波區(qū)與實(shí)驗(yàn)偏離很大。瑞利-金斯公式：長波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，當(dāng)波長趨于零時(shí)，輻射強(qiáng)度變?yōu)闊o究大，在物理學(xué)史稱它為“紫外災(zāi)難”。3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)教師：維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經(jīng)典物理學(xué)的方法來研究熱輻射所得的結(jié)

6、果，都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符合，明顯地暴露了經(jīng)典物理學(xué)的缺陷。因此，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家開爾文認(rèn)為黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。既然已有的理論不能合理解釋黑體輻射的規(guī)律，這必然會促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量量子化理論。教師：1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：黑體中振動著的帶電微粒的能量只能是最小能量值的整數(shù)倍（即：， 1，2，3， n，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)），這些帶電微粒發(fā)射和吸收的能量也不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值，也只能以這個(gè)最小能量值為單位一份份地進(jìn)行的。 （板書）最小能量值叫能量子h是一個(gè)常量，后稱為普朗克常量， 是電磁波的頻率教師提問、講解：對能

7、量量子化如何理解呢？在宏觀世界中我們認(rèn)為能量是連續(xù)變化的？例如，把一個(gè)小球從高處落下，它的重力勢能隨高度變小而連續(xù)變小。在微觀世界里能量是量子化的，量子化如何理解呢？可以認(rèn)為一個(gè)物理系統(tǒng)的能量狀態(tài)不是連續(xù)地變化而是以某一最小能量單位做跳躍式變化。舉個(gè)例子，比如說人就是量子化的，不能說某個(gè)家庭有22個(gè)小孩，因?yàn)橐粋€(gè)小孩就是一個(gè)基本單位；樓梯也是量子化的，一個(gè)人上樓梯，他可以一次上一階、或二階、或三階，但他絕不可能上一階半就停在那里。借助于能量子的假說，1900年10月19日普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個(gè)黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，這公式與實(shí)驗(yàn)非常符合。普朗克提出的能量子概念與當(dāng)時(shí)認(rèn)同的能

8、量是連續(xù)變化的、自然過程也是連續(xù)變化的傳統(tǒng)觀念格格不入。很長時(shí)間內(nèi)普朗克本人也為他的這種能量子假說深感不安。但是物理學(xué)后來的發(fā)展表明，能量子引入物理學(xué)是完全合理的，它成為了新物理學(xué)思想的基石。1918年普朗克也因此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，霍瓦發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會放電。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)。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進(jìn)行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？下一節(jié)課我們將學(xué)習(xí)“科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性”。三、課堂小結(jié)請一個(gè)同學(xué)口頭回憶本節(jié)學(xué)了哪些知識，并找其它同學(xué)做補(bǔ)充。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生主動總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許他們可以不按講課的內(nèi)容順序總結(jié)，讓他們自主建構(gòu)物理知識、同時(shí)內(nèi)化為自身的知識。四、作業(yè)：課后“問題與練習(xí)”1、2、3題【教學(xué)反思】本節(jié)的知識對學(xué)生來說學(xué)前相關(guān)經(jīng)驗(yàn)較少，理解起來有一定困難。因此要以