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能量量子化能量量子化教學目標了解黑體輻射，感悟以實驗為基礎的科學研究方法

了解能量子的概念及提出的科學過程，領會這一科學突破過程中科學家的思想通過觀察熱輻射的強度與波長的關系圖象培養(yǎng)學生觀察能力了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識教學目標了解黑體輻射，感悟以實驗為基礎的科學研究方法

了解能教學重點能量子的概念教學難點黑體輻射的實驗規(guī)律教學重點能量子的概念教學難點黑體輻射的實驗規(guī)律19世紀末，經(jīng)典物理學在各個領域都取得了很大的成功力學熱學電磁學當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中，認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。19世紀末，經(jīng)典物理學在各個領域都取得了很大的成功力學熱學電威廉·湯姆孫開爾文勛爵科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云。威廉·湯姆孫開爾文勛爵科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實驗邁克爾遜-

莫雷實驗

后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。量子論相對論這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實驗邁克爾遜-

莫雷實驗

后來知道科學史上的兩朵烏云知道什么是熱輻射知道什么是黑體黑體知道科學史上的兩朵烏云知道什么是熱輻射知道什么是黑體黑體熱輻射在爐火旁邊有什么感覺？冬天會感覺到很暖和，因為爐火在輻射能量熱輻射現(xiàn)象：一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，故稱為熱輻射。熱輻射在爐火旁邊有什么感覺？冬天會感覺到很暖和，因為爐火在熱輻射投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？投在爐中的鐵塊隨溫度升高依次呈現(xiàn)不同顏色：這是熱輻射的一個特性：這表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。800K1000K1200K1400K熱輻射投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？熱輻射熱輻射的兩條定性規(guī)律：①輻射的電磁波中包含各種波長的電磁波，不同波長，輻射強度不同。在室溫下，輻射的主要成分是波長較長的電磁波在高溫情況下，輻射的主要成分是波長較短的電磁波②溫度升高，輻射強度增大，同時輻射電磁波的頻率和波長也在變化。熱輻射熱輻射的兩條定性規(guī)律：①輻射的電磁波中包含各種波長的電如何定量地研究物體的熱輻射規(guī)律？除了熱輻射外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波常溫下我們看到的物體顏色就是物體反射了該頻率的電磁波，吸收了其他頻率的電磁波。一些物體看起來很黑，其實是它吸收所有電磁波，反射的電磁波很弱。那么，在研究物體的熱輻射時，應如何避免反射電磁波的影響？如何定量地研究物體的熱輻射規(guī)律？除了熱輻射外，物體表面還會吸一座建設中的樓房還沒安裝窗子，但室內墻已經(jīng)粉刷。從遠處看，將室內墻與樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？發(fā)現(xiàn)室內墻是黑的，因為沒有光反射出來或反射出來的光比較弱一座建設中的樓房還沒安裝窗子，但室內墻已經(jīng)粉刷。從遠處看，將黑體與黑體輻射黑體：如果一個物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。注意：黑體是個理想化的模型。德國物理學家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體與黑體輻射黑體：如果一個物體在任何溫度下，都能夠完全吸收黑體與黑體輻射黑體一定是黑色的嗎？用一個白色的盒子，在側面開一個小孔，同樣可以看做是一個黑體。黑體不是一定必須是黑色的。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體與黑體輻射黑體一定是黑色的嗎？用一個白色的盒子，在側面開黑體與黑體輻射一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波，這就是黑體輻射。那么，在研究熱輻射的規(guī)律時，人們?yōu)槭裁刺貏e注意對黑體輻射進行研究？實驗表明：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的規(guī)律只與黑體的溫度有關，因而可以反映某種具有普通意義的客觀規(guī)律。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體與黑體輻射一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波那么黑體輻射實驗具有什么樣的規(guī)律呢？人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)那么黑體輻射實驗具有什么樣的規(guī)律呢？人教版高中物理選修3-5了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系黑體輻射黑體輻射人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系黑體黑體輻射的實驗規(guī)律1700K1500K1300K1100K輻射強度0

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6你能由圖找到黑體輻射的實驗規(guī)律嗎？①溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加；②溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體輻射的實驗規(guī)律1700K1500K1300K1100K輻黑體輻射的實驗規(guī)律怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律？按照當時物理學的認識，物體中存在著不停運動的帶電微粒，每個帶電微粒的振動都產生變化的電磁場，從而產生電磁輻射，形成連續(xù)的電磁波譜。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體輻射的實驗規(guī)律怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律？按照當時物理學黑體輻射的實驗規(guī)律依據(jù)熱學和電磁學的知識德國物理學家維恩在1896年提出了輻射強度按波長分布的理論公式：維恩公式在短波部分與實驗結果吻合得很好，但長波卻不行。實驗值維恩理論值人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體輻射的實驗規(guī)律依據(jù)熱學和電磁學的知識德國物理學家維恩在1黑體輻射的實驗規(guī)律英國物理學家瑞利在1900年也提出了輻射強度按波長分布的理論公式：紫外災難實驗值瑞利理論值這個荒謬的結論被認為是物理學理論的災難，當時稱為“紫外災難”。瑞利公式在長波部分與實驗結果比較吻合。但在紫外區(qū)(波長范圍在紫外線附近)竟算得輻射強度為無窮大。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)黑體輻射的實驗規(guī)律英國物理學家瑞利在1900年也提出了輻射強為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克做了多種嘗試，進行了激烈的思想斗爭。微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世界看來可能非常奇怪。

普朗克普朗克人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克做了多種知道經(jīng)典理論研究黑體輻射的困難了解能量子的概念和計算知道普朗克常量能量子人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)知道經(jīng)典理論研究黑體輻射的困難了解能量子的概念和計算知道普朗能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說1900年，普朗克作出了這樣的大膽假設：這個不可再分的最小能量值ε叫能量子，簡稱量子。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。震動著的帶電微粒的能量是某一最小能量的整數(shù)倍。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說1900年，普朗克作出了這能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說帶電微粒吸收和輻射能量時，能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說普朗克常量經(jīng)典量子能量人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子假說普朗克常量經(jīng)典量子能量人教能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)黑體輻射公式1900年10月19日，普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)黑體輻射公式1900年10月19日，普朗克公式與實驗結果的比較1

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9普朗克理論1700K理論與實驗符合得讓人拍手叫絕實驗值能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)普朗克公式與實驗結果的比較1

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能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)普朗克的能量子觀點不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。1918年，普朗克為此獲得了諾貝爾物理學獎。普朗克人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子——超越牛頓的發(fā)現(xiàn)普朗克的能量子觀點不僅成功地解決了熱能量子的理解聯(lián)系生活實際說說你心中的連續(xù)性與量子化有什么區(qū)別？米缸里存放的大米，在我們人類看來，其質量是可以連續(xù)增加的，可以多裝入1.3kg或減少2.1kg。如果讓螞蟻來搬運這些大米，那么它們會認為存放的大米的質量是不連續(xù)的，每次只能一粒一粒地搬運，而不能一次搬運1.1粒等。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子的理解聯(lián)系生活實際說說你心中的連續(xù)性與量子化有什么區(qū)別能量子的理解聯(lián)系生活實際說說你心中的連續(xù)性與量子化有什么區(qū)別？放電影時，正常放映時我們看見的一個連續(xù)動作，如果把放映速度調整到很慢，就會看見原本連續(xù)的動作就不再連續(xù)，而是分立的，一幀一幀進行。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子的理解聯(lián)系生活實際說說你心中的連續(xù)性與量子化有什么區(qū)別能量子的理解量子化：只能取一系列分立值，不能連續(xù)變化宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子化）例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子的理解量子化：只能取一系列分立值，不能連續(xù)變化宏觀世界能量子的理解在宏觀尺度內研究物體的能量變化時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化。因為每個能量子的能量很小，宏觀物體的能量不連續(xù)變化非常不明顯，可以忽略不計。在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化。人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子的理解在宏觀尺度內研究物體的能量變化時我們可以認為：物能量子的理解人體表面輻射本領的最大值在波長為處，對應的是何種輻射？能量子的值為多大？解：可見光波長范圍為：390nm~780nm,故

在紅外線

區(qū)域

能量子人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)人教版高中物理選修3-517.1能量量子化(共37張PPT)能量子的理解人體表面輻射本領的最大值在波長為處，對應