人教版高中物理選擇性必修三 第4章第1節(jié)普朗克黑體輻射理論教學(xué)設(shè)計

1、4.1普朗克黑體輻射理論教學(xué)設(shè)計課題 普朗克黑體輻射理論單元 4學(xué)科物理年級選修3學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念：知道黑體輻射、能量子的概念科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律，提高分析問題、解決問題的能力?？茖W(xué)探究：通過對黑體輻射的規(guī)律的探究，揭示實驗規(guī)律，學(xué)會與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識，提高實驗?zāi)芰?。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)會解釋黑體輻射的規(guī)律，實事求是，理解能量子、光子，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣。重點掌握黑體輻射的規(guī)律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。難點掌握黑體輻射的規(guī)律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖導(dǎo)入新課一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，盡管

2、室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠處看窗內(nèi)，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？向遠處觀察打開的窗子近似黑色。觀察對面教室的窗戶，描述所觀察到的現(xiàn)象。 結(jié)合生活中常見的現(xiàn)象，引出較為抽象的新知識。講授新課一、黑體與黑體輻射物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的電磁波都完全吸收，而不反射，則稱這種物體為黑體。加熱空腔使其溫度升高，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。二、黑體輻射的實驗規(guī)律輻射強度：單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。特點：隨溫度的升高各種波長的輻射強度都在增加；絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。一般物體與黑體的比較現(xiàn)實生

3、活中不存在理想的黑體,實際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(電磁波),絕對黑體不存在,是理想化的模型。課堂練習(xí)1、正誤判斷(1)黑體一定是黑色的物體。()(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。()(3)溫度越高,黑體輻射電磁波的強度越大。()(4)黑體是一種客觀存在的物質(zhì)。()(5)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上勻速運動的小球的動能也是量子化的。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難解釋實驗曲線一朵令

4、 人不安的烏云（1）維恩的半經(jīng)驗公式： 短波符合，長波不符合。（2）瑞利金斯公式：長波符合，短波荒唐。 紫外災(zāi)難19世紀(jì)末，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個能推斷一切電磁現(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)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(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工作就行了。”但

5、開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，”三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 普朗克能量子假設(shè) 1. 輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍：E n ，n1，2，；2. 叫能量子，簡稱量子，n 為量子數(shù)，它只取正整數(shù)能量量子化；3.黑體中振動的分子、原子可看作諧振子（振動的微粒），諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量； 4. 對于頻率為的諧振子（其輻射的電磁波頻率也為），最小能量為：h 。h 6.6261034 J s 普朗克常量普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射Planck 拋

6、棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 h6.6261034J s。年輕的愛因斯坦認識到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進行了推廣，認為電磁場本身就是不連續(xù)的。也就是說，光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為 v 的光的能量子為 hv，h 為普朗克常量。這些能量子后來

7、被叫作光子 (photon)。課堂練習(xí)2、(多選)以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量B.物體的質(zhì)量C.物體的動量D.學(xué)生的個數(shù)解析：“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選AD。答案：AD理解黑體的概念。觀察輻射強度和輻射波波長之間的關(guān)系圖，并總結(jié)其特點。完成課堂練習(xí)。閱讀材料，了解經(jīng)典力學(xué)的局限性。了解科學(xué)前輩為科學(xué)的發(fā)展做出不懈努力。理解能量子的概念。閱讀材料，了解科學(xué)家的歷史。完成課堂練習(xí)。在介紹黑體過程中應(yīng)強調(diào)黑體的理想化特點。讓學(xué)生明白黑體是一個理想化模型。讓血神自己總結(jié)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)知識點，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨立性和自主性。幫助學(xué)生養(yǎng)成實事求是的科學(xué)精神和堅持不懈的科

8、學(xué)態(tài)度。通過圖片展示微觀世界中能量是分立值的特點。拓展提高1、 (多選)在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔,小孔可看作黑體,由小孔的熱輻射特性,就可以確定爐內(nèi)的溫度。如圖所示就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖像,則下列說法正確的是()A.T1T2B.T1T2C.隨著溫度的升高,黑體的輻射強度都有所降低D.隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較短方向移動解析：一般材料的物體輻射能量的多少決定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積,而黑體是指在任何溫度下,能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不反射的物體,黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)。實驗表明,隨著溫度的升高,各

9、種波長的輻射強度都有所增加,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可以看出,1T2,本題正確選項為A、D。答案：AD規(guī)律方法：1.理解和熟記輻射強度隨波長的變化關(guān)系圖像是解答此類問題的關(guān)鍵。2.黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類和表面狀況無關(guān)。2、下列敘述錯誤的是()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度按波長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的電磁波解析：根據(jù)熱輻射定義可知,A對;根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點可知,一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和表面狀況有關(guān),而黑體輻射電磁

10、波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān),B錯,C對;根據(jù)黑體定義知D對。本題應(yīng)選B項。答案：B3、(多選)根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律,以下判斷正確的是 ()A.在同一溫度下,波長越短的電磁波輻射強度越大B.在同一溫度下,輻射強度最大的電磁波的波長不是最大的,也不是最小的,而是處在最大與最小波長之間C.溫度越高,輻射強度的極大值就越大D.溫度越高,輻射強度最大的電磁波的波長越短解析：在同一溫度下,輻射強度最大的電磁波的波長不是最大的,也不是最小的,而是處在最大與最小波長之間,故A錯誤,B正確;黑體輻射的強度與溫度有關(guān),溫度越高,黑體輻射的強度越大,且輻射強度的極大值也就越大,C正確;隨著溫度的升高,黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,故D正確,故選B、C、D