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設計

1、4.1普朗克黑體輻射理論教學設計課題 普朗克黑體輻射理論單元 4學科物理年級選修3學習目標物理觀念：知道黑體輻射、能量子的概念科學思維：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探究：通過對黑體輻射的規(guī)律的探究，揭示實驗規(guī)律，學會與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識，提高實驗能力?？茖W態(tài)度與責任：學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。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖導入新課一座建設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。 紫外災難19世紀末，牛頓定律在各個領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-能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言:“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?！钡?/p>

5、開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，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 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)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)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年他榮獲諾貝爾物理學獎。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的意義，他把能量子假設進行了推廣，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系圖，并總結其特點。完成課堂練習。閱讀材料，了解經(jīng)典力學的局限性。了解科學前輩為科學的發(fā)展做出不懈努力。理解能量子的概念。閱讀材料，了解科學家的歷史。完成課堂練習。在介紹黑體過程中應強調(diào)黑體的理想化特點。讓學生明白黑體是一個理想化模型。讓血神自己總結規(guī)律，發(fā)現(xiàn)知識點，提高學生學習的獨立性和自主性。幫助學生養(yǎng)成實事求是的科學精神和堅持不懈的科

8、學態(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。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系圖像是解答此類問題的關鍵。2.黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關,與材料的種類和表面狀況無關。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外,還與材料種類和表面狀況有關,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,B錯,C對;根據(jù)黑體定義知D對。本題應選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,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