4.1普朗克黑體輻射理論 教案

.1普朗克黑體輻射理論〖教材分析〗本節(jié)由黑體與黑體輻射、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和能量子三部分內(nèi)容組成。教材著重介紹了在研究不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系時(shí)，經(jīng)典理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)事實(shí)之間產(chǎn)生的矛盾。為了解決這個(gè)矛盾，普朗克提出了能量子的假說。教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)家進(jìn)行探究的科學(xué)方法與科學(xué)精神?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶了解黑體輻射以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，知道能量量子化的內(nèi)涵?？茖W(xué)思維∶對比經(jīng)典能量觀和微觀能量子的特點(diǎn)，體會量子化物理模型的建立過程?？茖W(xué)探究：通過觀察熱輻射的強(qiáng)度波長的關(guān)系圖培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶了解能量子概念的提出的科學(xué)過程，領(lǐng)會這一科學(xué)突破過程中科學(xué)家的思想，體會量子論的建立深化了人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識?！冀虒W(xué)重難點(diǎn)〗教學(xué)重點(diǎn)：黑體輻射和能量量子化。教學(xué)難點(diǎn)：理解能量量子化假說?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件等?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入量子論使人們認(rèn)識了微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并發(fā)展了一系列對原子、分子等微觀粒子進(jìn)行有效操控和測量的技術(shù)。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個(gè)鐵原子排成的"原子圍欄"。那么，人們認(rèn)識量子規(guī)律的第一步是怎樣邁出的?二、新課教學(xué)（一）黑體與黑體輻射1.黑體回顧必修課內(nèi)容，我們已經(jīng)知道黑體的概念，即物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。問題：那怎么才能得到一個(gè)黑體??？答：物體涂上黑漆行不行？這還不夠，因?yàn)楹谄犭m然可以吸收大部分可見光，但紅外光和紫外光的反射還是不能避免。那怎么辦呢？可以在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的口。這樣一來，假設(shè)有電磁波射入小孔，這個(gè)電磁波就會在空腔內(nèi)表面被反射吸收，直到消失。因此這個(gè)空腔發(fā)射的電磁波幾乎全是熱輻射引起的，可以近似看成一個(gè)絕對黑體。生活中的黑體：太陽、白熾燈燈絲。太陽和白熾燈的燈絲由于熱輻射發(fā)光強(qiáng)度很大，產(chǎn)生的光強(qiáng)可以忽略不計(jì)，所以也可以近似當(dāng)做黑體。注意：黑體的名字雖然有黑，但他不一定是黑色的。這是由于它會發(fā)射熱輻射，如果熱熱輻射的波長在可見光范圍，你就會看到它的顏色。2.黑體輻射黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射。即黑體輻射的概念：黑體向外輻射的電磁波（熱輻射）。對比區(qū)分兩種輻射。一般輻射：與溫度、材料、表面狀況有關(guān)。黑體輻射：只與溫度有關(guān)。疑惑：它可能反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律，人們因此對黑體輻射進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)及理論研究。（二）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律利用分光技術(shù)和熱電偶等設(shè)備，可以測出黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長分布的情況。如果在坐標(biāo)系中把電磁波波長作為橫軸，輻射強(qiáng)度作為縱軸，就可以得到這樣的圖像。圖像：被稱為黑體輻射譜或者熱輻射譜。特點(diǎn)：隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加了，同時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。問題：怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢?他能不能用公式定量計(jì)算呢？1.黑體輻射的理論解釋物體中存在帶電微粒，他們會發(fā)生熱運(yùn)動(dòng)，而震動(dòng)的帶電粒子就會產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。動(dòng)態(tài)圖展示：粒子振動(dòng)變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射的過程。2.維恩、瑞利——金斯的解釋物理學(xué)家總是力圖用已有的知識去解釋新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律。①維思公式在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離很大。②瑞利公式在長波區(qū)與實(shí)実驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符。3.普朗克的解釋普朗克找到了一個(gè)數(shù)學(xué)公式，它與實(shí)驗(yàn)吻合得非常完美。維恩公式和瑞利——金斯公式，其實(shí)就是普朗克公式的特殊情況。（三）能量子為了得出和實(shí)驗(yàn)相符，黑體輻射公式。1900年底，德國物理學(xué)家普朗克提出了一個(gè)大膽的假說，這個(gè)假說中它保留了前人的一部分觀點(diǎn)，仍然認(rèn)為電磁波是由于帶電粒子做簡諧運(yùn)動(dòng)發(fā)出。但普朗克提出：帶電粒子輻射或吸收能量時(shí)是不連續(xù)的，只能一份一份地進(jìn)行，或者說這些能量只能是某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍，例如，可能是可能是ε或2ε、3ε…這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子，這就是能量子假說。（和我們學(xué)習(xí)電荷數(shù)類似：只能是元電荷的整數(shù)倍）1.能量子ε叫能量子，簡稱量子，能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。能量子的大小跟電磁波的頻率有關(guān)，計(jì)算公式：電磁波的頻率h：普朗克常量，h=6.626×10-34。普朗克的能量子可以這樣比喻：電磁波就好象是機(jī)關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運(yùn)動(dòng)的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。2.觀念的變化普朗克對微觀帶電微粒能量取值的假設(shè)和宏觀世界中我們對能量的認(rèn)識有很大不同。通過觀察宏觀彈簧振子（動(dòng)圖展示）的運(yùn)動(dòng)中能量的變化，得出彈簧振子的能量值是連續(xù)的。而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。課堂練習(xí)例1：以下宏現(xiàn)概念中，哪些是“量子化”的（）物體的長度物體所受的重力物體的動(dòng)能學(xué)生的個(gè)數(shù)解析：“量子化”是不連續(xù)的,是一份一份的,故選D。例2：關(guān)于熱輻射，下列敘述中正確的是()一切物體都在輻射電磁波任何物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)是因?yàn)槟芰苛孔踊隗w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(diǎn)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)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B錯(cuò)。C對。根據(jù)黑體定義知D對。例3：紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是（）紅光橙光黃光綠光解析：由ε=hv=，可知因?yàn)榧t光的波長最短，所以能量最小，故選A。例4：可見光的波長的大致范圍是400-760nm。400nm，760nm電磁輻射的能量子ε的值是多少?解析：由ε=hv=，得400nm電磁輻射的能量子760nm電磁輻射的能量子〖板書設(shè)計(jì)〗4.1普朗克黑體輻射理論1.黑體：物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。2.黑體輻射：黑體向外輻射的電磁波（熱輻射），只與溫度有關(guān)。3.ε叫能量子，能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。：電磁波的頻率h：普朗克常量，h=6.626×10-34?！冀虒W(xué)反思〗本節(jié)的知識對學(xué)生來說相