人教版高中物理選修35第17章第1節(jié)《能量量子化》教學設計

1、能量量子化教學設計1、 教 學設計思路本節(jié)課的設計是順應能量量子化觀點提出的這段歷史展開的。通過演示實驗、師生活動及問題串等多種形式引導學生去主動建構知識。先通過演示實驗燈絲顏色的變化引出熱輻射及對熱輻射規(guī)律的研究；再通過與日?？吹降念伾膶Ρ鹊贸龊隗w模型；再通過對黑體輻射的實驗規(guī)律及理論推導的討論引導學生得出經(jīng)典物理學觀念的局限性，進而引出要打破舊觀念，提出新觀念，即普朗克能量子假說；再通過師生活動“買米”，幫助學生理解宏觀能量的連續(xù)和微觀能量的量子化； 最后通過與元電荷概念的類比，學生進一步加深對能量量子化的理解，把整節(jié)課推向高潮。2、 前期分析本節(jié)課是第十七章波粒二象性的第一節(jié)，通過這一

2、節(jié)內容的學習，學生可以了解能量量子化觀點建立的歷史，知道微觀粒子的能量是分立的。并且，正是普朗克提出了能量子假說，才啟發(fā)了愛因斯坦對光電效應的解釋，進而促使康普頓提出光子還具有動量及德布羅意提出物質波?？梢哉f，普朗克提出了能量量子化觀點，為量子理論的建立打響了第一炮。所以這一節(jié)的學習為本章甚至原子物理的學習奠定了基礎。同時，本節(jié)課的學習啟發(fā)了學生研究科學問題的思維：先提出問題， 再實驗探究，再理論證明和修正方法再證明，最后提出新觀念。本節(jié)課的授課對象是我校高二選修物理的學生，他們已經(jīng)完成了選考所有內容的學習。對他們而言，重新學習本節(jié)課的困難有以下幾點： 1、對能量量子化觀點建立的歷史不清楚；2

3、、對宏觀物體能量的連續(xù)性與微觀粒子能量的分立理解不到位，似懂非懂；3、對能量量子化這個觀點建立的意義不知道；4、研究科學問題的思維沒有建立起來。結合以上分析，確定本節(jié)課的重難點如下：1、重點：通過物理史實的學習，建立能量量子化的觀點；通過師生活動、類比等的手段，理解宏觀能量的連續(xù)性與微觀能量的分立。2、難點理解微觀粒子的能量是量子化的。3、 教學目標1.知識與技能（ 1）通過對黑體輻射實驗規(guī)律及理論推導的討論，說明經(jīng)典理論存在局限性。（ 2）通過對能量量子化觀點建立的歷史的解讀，知道微觀粒子的能量是不連續(xù)的。（ 3）通過對普朗克真實的心理歷程的描述，知道能量量子化是研究微觀世界的基本觀點。（

4、3）通過師生活動，解釋宏觀能量的連續(xù)性與微觀能量的分立。第 2頁 /共 7頁(4)應用£ h和c公式進行計算。2 .過程與方法(1)經(jīng)歷黑體模型的建立過程，感受理想化模型的思想方法的運用。(2)參與師生活動，體會類比的思想方法的運用。(3)經(jīng)歷能量量子化觀點的建立過程，體會科學研究的一般思路。3 .情感態(tài)度與價值觀(1)通過對普朗克真實的心路歷程的描述，確立科學的新發(fā)現(xiàn)既要 基于對實驗事實的尊重，又取決于新觀點、新概念的提出(2)比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，領會量子論的建立 深化了人們對物質世界的認識。四、教學準備100W白熾燈一個、調壓變壓器一個、小米若干、PPT、導線若

5、干五、教學過程1、新課導入演示實驗：增大燈泡兩端電壓后白熾燈燈絲顏色的變化在引入新課環(huán)節(jié)通過演示實驗能夠引起學生注意， 激發(fā)學生學習 興趣，提出課題。通過對白熾燈燈絲顏色的觀察得出熱輻射的定義及 熱輻射的規(guī)律。同時回顧了 19世紀人們對熱輻射研究的歷史：早在 19世紀，歐洲的冶金等重工業(yè)迅速發(fā)展，人們想要煉出高質量的鋼 材，必須要知道鋼水的溫度，那時的人們就已經(jīng)知道，明亮得發(fā)青的 灼熱物體比暗紅的溫度高，在冶煉金屬中，人們往往根據(jù)經(jīng)驗去判斷 火候。2、黑體與黑體輻射（ 1）提出問題：如果我們想要研究熱輻射強度與溫度、波長的具體關系，應該怎么做？定性研究不夠準確，自然過渡到對熱輻射強度與溫度、波

6、長的定量關系的研究，從而提出選擇怎樣的物體作為研究對象。（ 2）提出問題：同學們看到老師的衣服是紅色的，同學的衣服是藍色的，那邊的黑板是白色的，按照熱輻射的規(guī)律，白色的黑板溫度最高嗎？紅色的衣服溫度最低嗎？通過與日?？吹降念伾膶Ρ?，學生馬上明白在選擇研究對象時應該要排除反射電磁波的干擾，引出黑體概念。這個對比貼近生活實際，學生得出黑體概念水到聚成。（ 3）提出問題：黑板是黑體嗎？通過對黑板是不是黑體的討論，學生意識到黑體在實際生活中并不存在，是一種理想化模型，并通過與質點等理想化模型的類比，確定在實驗時應該選擇吸收電磁波的能力遠遠大于反射電磁波的能力的物體作為黑體，進而介紹19 世紀人們選擇

7、涂黑的鉑片作為黑體過渡到帶小孔的空腔作為黑體這段歷史。（ 4）討論黑體輻射實驗規(guī)律及維恩和瑞利的理論解釋。展示黑體輻射的實驗結果及維恩線和瑞利線。學生通過看圖總結出黑體輻射的實驗規(guī)律、維恩和瑞利的理論解釋的正確性與不足之處。從探究性實驗的一般步驟入手，采用問題串的形式來分解黑體輻射及其實驗規(guī)律這部分的知識要點，生活中的實例幫助學生更好理解黑體模型，過渡自然。3、能量子（ 1）提出問題：維恩和瑞利利用已有的電磁學理論和熱力學理論去證明，都失敗了，這時候應該怎么辦？學生討論得出：當我們用已有的觀念去證明某個問題時，遇到了困難，于是在原有基礎上去修正，但如果還是不行，我們需要去打破原有觀念。提出新的

8、觀念。由于前面對黑體輻射的規(guī)律及維恩和瑞利的理論解釋的討論比較具體，學生較容易得出經(jīng)典理論存在局限性，要提出新觀念。進而提出普朗克的研究：維恩分布定律沒有得到實驗的完全支持，另外一位物理學家普朗克試圖重新研究維恩分布定律，此時， 他得知了瑞利的研究在長波區(qū)域的正確性，這一情況立即引起了普朗克的重視，于是，他試圖找到一個公式，把代表短波方向的維恩公式和代表長波方向的瑞利公式綜合在一起，很快就得到了一個公式，做出圖線如圖所示：發(fā)現(xiàn)：與實驗結果基本完全吻合。（ 2）認識能量子假說。教師投影能量子假說及公式：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值£的整數(shù)倍。例如，可能是£或 2

9、 £、3 £當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個不可再分的最小能量值£叫做能量子。公式：h， h 6.62610 34J .S（ 3）認識普朗克的心理歷程并討論教師投影普朗克的心理歷程：普朗克并沒有高興幾天，在當時，人們根深蒂固的觀念是自然界不做跳躍。普朗克及與他同時代的其他人并沒有真正認識到能量量子化的真正意義。雖然他對這個事實深信不疑，但他對于一個違背自己固有信仰的概念總是心有不甘，認為自己提出的能量子概念在理論上應該是“有懈可擊”的，為了維護經(jīng)典理論，他在接下來的十幾年時間內試圖在純粹經(jīng)典物理學的基礎上解釋黑體輻

10、射。但始終沒有成功。與此同時，當時窮困潦倒的愛因斯坦馬上接受了普朗克的觀點，并將他的觀點發(fā)展到電磁輻射本身就是不連續(xù)的。于1905 年解釋了光電效應，獲得諾貝爾獎。最終，普朗克他不得不承認，自己最初的觀點是正確的，在1918 年，普朗克因發(fā)現(xiàn)了能量子而被授予諾貝爾獎。學生總結得出：要形成一個新的觀念需要非常漫長而曲折的過程，科學的發(fā)現(xiàn)既要基于對事實的尊重，又要敢于提出新觀點。能量量子化是研究微觀世界的基本觀點。（ 4）師生活動：買米通過學生活動，把整節(jié)課推向了高潮。從實際生活中的例子出發(fā)，很容易啟發(fā)學生的思維，引起學生的思考。學生在教師引導下得出：34h 6.626 1034J s米的質量看似

11、可以連續(xù)變化，但實際上它是分立變化的，它有最小的米粒。 通過對比，學生很容易就能理解宏觀能量的連續(xù)與微觀粒子能量的分立：，能量子的數(shù)值太小，雖然能量第 6頁 /共 7頁是跳躍式增加的，但宏觀看起來，連續(xù)的，不需要考慮分立性。(5)類比：帶電體的帶電量與元電荷類比帶電體的帶電量和元電荷關系，學生進一步理解微觀能量量 子化與宏觀能量連續(xù)性。(6)課內練習練習：光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400760nm,對 應的電磁輻射的能量子£的值是多少？由公式e h和 c可得：3108當波長為 400nm 時，£6.62610 34 g 5 10 19J ;40010 9當波長為 760nm 時，&6.626 10 34 2.6 10 19J ;76010 9所以，對應的電磁輻射