能量量子化教學(xué)設(shè)計(jì)

1、能量量子化【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(zhǎng)的關(guān)系。3. 了解能量子的概念。二、過程與方法1. 了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。2. 比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。3. 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1. 領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧。2. 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。3. 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?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】能量子的概念?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：19世紀(jì)末頁(yè)

2、，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)律一一能量轉(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(jī)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(guó)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5/5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加兒位罷了 ！

3、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?！边@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，柳暗花明乂一村”。點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來一一能量量子化。二、新課教學(xué)<-）熱輻射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(zhǎng)的電磁波，這種山于物體中的分

4、子、 原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)熱輻射現(xiàn)象稱為熱輻射。（1）概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，這 種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。教師展示鐵塊溫度升高的過程種顏色的變化：800 K1000 K1200 K1400 K從看不出發(fā)光到暗紅到橘紅到黃白色再次舉例一個(gè)20瓦的白熾燈和一個(gè)200瓦的白熾燈，20瓦的白熾燈是昏黃色，200 瓦的白熾燈接近口色。說明所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。（2）特征：輻射強(qiáng)度及波長(zhǎng)的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成 分增加。教師強(qiáng)調(diào)：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射。（3）熱輻射的主要成分：室溫時(shí)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波；高溫時(shí)

5、，波長(zhǎng)較短的電磁 波。 低溫物體發(fā)出的是紅外光。 熾熱物體發(fā)出的是可見光。 高溫物體發(fā)出的是紫外光。提問：那么物體除了輻射電磁波外，還會(huì)吸收、反射外界射來的電磁波嗎？學(xué)生回答：物體會(huì)吸收、反射外界射來的電磁波。例如物體可以反射光。2. 黑體與黑體輻射教師：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。概念：能全部吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑 體。注意：（1）黑體是個(gè)理想化的模型。（2） 一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按 波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。3. 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

6、黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)物理 學(xué)家維恩和英國(guó)物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)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，其至得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。展示：瑞利一金斯線實(shí)臉結(jié)果（二）能量子教師：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 去發(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。1900年，徳國(guó)物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假

7、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，諧振子的能量并不像經(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，B|J： £, 1£, 2£, 3£,，I匹，為正 整數(shù)，稱為量子數(shù)。對(duì)于頻率為V的諧振子最小能量為s = hv這個(gè)最小能量值，就叫做能量子，/I為普朗克常量。借助能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與試驗(yàn)符合 得非常好。年輕的愛因斯坦認(rèn)識(shí)到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進(jìn)行推廣，認(rèn)

8、 為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說，光本身就是有一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的, 這些能量子被叫做光子。（三）能級(jí)原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級(jí)。通常情況下，原子處于能級(jí)最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到 高速運(yùn)動(dòng)的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的, 會(huì)自發(fā)地向能量較低的能級(jí)躍遷放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量。等于前后兩個(gè)能級(jí)之差，由于原 子的等級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些 分立的亮線。二、課堂練習(xí)1. 下列敘述正確的是（）A. 一切物體都在輻射電磁波B. 一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D. 黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案：ACD2. 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是（）A. 黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面 狀況有關(guān)C. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有