能量量子化-精品教案

1、能量量子化：物理學的新紀元【教學目標】一、知識與技能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了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系3了解能量子的概念二、過程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較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(zhì)世界的認識。三、情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。【教學重點】能量子的概念【教學難點】黑體輻射的實驗規(guī)律【教學方法】教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流?！菊n時安排】1 課時【教學過程】、引入新課教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)

2、的背景：19 世紀末頁，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，著名物理學家開爾文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。 ”也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加

3、幾位罷了！但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?！边@兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。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）從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路， 柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節(jié)課就來體驗物理學新紀元的到來一一能量量子化的發(fā)現(xiàn)二、進行新課1 黑體與黑體輻射（ 1）熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁

4、波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。例如：鐵塊溫度T從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色從能量轉化的角度來認識，是熱能轉化為電磁能的過程(2)黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和 反射電磁波的能力是不一樣的。黑體模型概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對 黑體，簡稱黑體。教師：展示黑體模型。2 .黑體輻射的實驗規(guī)律黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的升高，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。教師：提出問題，設置疑問。

5、怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律呢?在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。德國物理學家維 恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y論，當時被稱為“紫外災難” 。展?。喝鹄?金斯線實臉幺士果3 .能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)教師：利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導致了荒謬的結果。必然會促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn) 新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學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，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。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

6、并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量£ (稱為能量子)的整數(shù)倍，即：£ ,1e,2e,3e,。ne, n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為v的諧振子最小能量為h這個最小能量值，就叫做能量子普朗克的能量子假說和黑體輻射公式2而M (T )-2 h /kT -c e 1(1)黑體輻射公式1900.10.19普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式h 6.55 10 34 J s普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安， 只是在經(jīng)過十多年的努力證明 任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論 的本質(zhì)。

7、1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學獎。他的墓碑上只刻著他的姓名和黑體輻射的研究卓有 成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人 們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？沒有。物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近 10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子， 后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron),相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的 完美理論(光的波動性、電磁理論)進行解釋會出現(xiàn)什么結果？明天，我們就繼續(xù)學習“科學 的轉折：光的粒子性”三、課堂小結教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上 總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和 自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不