2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律5能量量子化教案新人教版必修3

PAGE1-能量量子化【教學(xué)目標(biāo)】一、學(xué)問與技能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．了解黑體輻射的試驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關(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改變特點。3．體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的相識。三、情感、看法與價值觀1．領(lǐng)會自然界的奇異與和諧。2．發(fā)展對科學(xué)的新奇心與求知欲，樂于探究自然界的奇異。3．體驗探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！窘虒W(xué)重點】能量子的概念?！窘虒W(xué)難點】能量子的概念。【教學(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入老師：介紹能量量子化發(fā)覺的背景：19世紀(jì)末頁，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，成功地說明了溫度、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)時很多物理學(xué)家都沉醉于這些成果和成功之中。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，聞名物理學(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試驗再做一做，在試驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！但開爾文終歸是一位重視現(xiàn)實和有視力的科學(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，還有兩朵令人擔(dān)心的烏云。”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜試驗有關(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）從其次朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為寬闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節(jié)課就來體驗物理學(xué)新紀(jì)元的到來――能量量子化。二、新課教學(xué)（一）熱輻射1．熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在放射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而放射電磁波的現(xiàn)熱輻射現(xiàn)象稱為熱輻射。（1）概念：我們四周的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。老師展示鐵塊溫度上升的過程種顏色的改變：從看不動身光到暗紅到橘紅到黃白色再次舉例一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈，20瓦的白熾燈是昏黃色，200瓦的白熾燈接近白色。說明所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。（2）特征：輻射強度及波長的分布隨溫度改變；隨著溫度上升，電磁波的短波成分增加。老師強調(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，波長較長的電磁波；高溫時，波長較短的電磁波。①低溫物體發(fā)出的是紅外光。②炙熱物體發(fā)出的是可見光。③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，還會汲取、反射外界射來的電磁波嗎？學(xué)生回答：物體會汲取、反射外界射來的電磁波。例如物體可以反射光。2．黑體與黑體輻射老師：除了熱輻射之外，物體表面還會汲取和反射外界射來的電磁波。不同的物體汲取和反射電磁波的實力是不一樣的。概念：能全部汲取各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為肯定黑體，簡稱黑體。老師：展示黑體模型。留意：（1）黑體是個志向化的模型。（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度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。3．黑體輻射的試驗規(guī)律黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系：隨著溫度的上升，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。老師：提出問題，設(shè)置疑問。怎樣說明黑體輻射的試驗規(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)律來說明。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與試驗規(guī)律不符，甚至得出了特別荒謬的結(jié)論，當(dāng)時被稱為“紫外災(zāi)難”。展示：瑞利—金斯線（二）能量子老師：利用已有的理論說明黑體輻射的規(guī)律，導(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必定會促使人們?nèi)グl(fā)覺新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以放射和汲取輻射能。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)所允許的可具有隨意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，…，nε，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為ν的諧振子最小能量為ε=hv這個最小能量值，就叫做能量子，h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度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好。年輕的愛因斯坦相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，光本身就是有一個個不行分割的能量子組成的，這些能量子被叫做光子。（三）能級原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級。通常狀況下，原子處于能級最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，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，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量。等于前后兩個能級之差，由于原子的等級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的放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狀況只與溫度有關(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．黑體能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波答案：ACD2．關(guān)于對黑體的相識，下列說法正確的是()A．黑體只汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長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度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表