人教版高中物理選修35第17章第1節(jié)《能量量子化》教學(xué)設(shè)計

1、能量量子化教學(xué)設(shè)計1、 教 學(xué)設(shè)計思路本節(jié)課的設(shè)計是順應(yīng)能量量子化觀點(diǎn)提出的這段歷史展開的。通過演示實(shí)驗(yàn)、師生活動及問題串等多種形式引導(dǎo)學(xué)生去主動建構(gòu)知識。先通過演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律及理論推導(dǎo)的討論引導(dǎo)學(xué)生得出經(jīng)典物理學(xué)觀念的局限性，進(jìn)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(xué)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(xué)生進(jìn)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(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解能量量子化觀點(diǎn)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(yīng)的解釋，進(jìn)而促使康普頓提出光子還具有動量及德布羅意提出物質(zhì)波?？梢哉f，普朗克提出了能量量子化觀點(diǎn)，為量子理論的建立打響了第一炮。所以這一節(jié)的學(xué)習(xí)為本章甚至原子物理的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。同時，本節(jié)課的學(xué)習(xí)啟發(fā)了學(xué)生研究科學(xué)問題的思維：先提出問題， 再實(shí)驗(yàn)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(xué)生，他們已經(jīng)完成了選考所有內(nèi)容的學(xué)習(xí)。對他們而言，重新學(xué)習(xí)本節(jié)課的困難有以下幾點(diǎn)： 1、對能量量子化觀點(diǎn)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(diǎn)建立的意義不知道；4、研究科學(xué)問題的思維沒有建立起來。結(jié)合以上分析，確定本節(jié)課的重難點(diǎn)如下：1、重點(diǎn)：通過物理史實(shí)的學(xué)習(xí)，建立能量量子化的觀點(diǎn)；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(diǎn)理解微觀粒子的能量是量子化的。3、 教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能（ 1）通過對黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律及理論推導(dǎo)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)。（

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(yīng)用£ h和c公式進(jìn)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(yùn)用。(2)參與師生活動，體會類比的思想方法的運(yùn)用。(3)經(jīng)歷能量量子化觀點(diǎn)的建立過程，體會科學(xué)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(shí)的心路歷程的描述，確立科學(xué)的新發(fā)現(xiàn)既要 基于對實(shí)驗(yàn)事實(shí)的尊重，又取決于新觀點(diǎn)、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(diǎn)，領(lǐng)會量子論的建立 深化了人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識。四、教學(xué)準(zhǔn)備100W白熾燈一個、調(diào)壓變壓器一個、小米若干、PPT、導(dǎo)線若

5、干五、教學(xué)過程1、新課導(dǎo)入演示實(shí)驗(yàn)：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(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞饘W(xué)生注意， 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí) 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(jì)人們對熱輻射研究的歷史：早在 19世紀(jì)，歐洲的冶金等重工業(yè)迅速發(fā)展，人們想要煉出高質(zhì)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(yàn)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(qiáng)度與溫度、波長的具體關(guān)系，應(yīng)該怎么做？定性研究不夠準(zhǔn)確，自然過渡到對熱輻射強(qiáng)度與溫度、波

6、長的定量關(guān)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(xué)們看到老師的衣服是紅色的，同學(xué)的衣服是藍(lán)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龋瑢W(xué)生馬上明白在選擇研究對象時應(yīng)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(shí)際，學(xué)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(xué)生意識到黑體在實(shí)際生活中并不存在，是一種理想化模型，并通過與質(zhì)點(diǎn)等理想化模型的類比，確定在實(shí)驗(yàn)時應(yīng)該選擇吸收電磁波的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反射電磁波的能力的物體作為黑體，進(jìn)而介紹19 世紀(jì)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(shí)驗(yàn)規(guī)律及維恩和瑞利的理論解釋。展示黑體輻射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及維恩線和瑞利線。學(xué)生通過看圖總結(jié)出黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律這部分的知識要點(diǎn)，生活中的實(shí)例幫助學(xué)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(xué)理論和熱力學(xué)理論去證明，都失敗了，這時候應(yīng)該怎么辦？學(xué)生討論得出：當(dāng)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(chǔ)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(xué)生較容易得出經(jīng)典理論存在局限性，要提出新觀念。進(jìn)而提出普朗克的研究：維恩分布定律沒有得到實(shí)驗(yàn)的完全支持，另外一位物理學(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)果基本完全吻合。（ 2）認(rèn)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(dāng)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(rèn)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(dāng)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(rèn)識到能量量子化的真正意義。雖然他對這個事實(shí)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(rèn)為自己提出的能量子概念在理論上應(yīng)該是“有懈可擊”的，為了維護(hù)經(jīng)典理論，他在接下來的十幾年時間內(nèi)試圖在純粹經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)上解釋黑體輻

10、射。但始終沒有成功。與此同時，當(dāng)時窮困潦倒的愛因斯坦馬上接受了普朗克的觀點(diǎn)，并將他的觀點(diǎn)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(yīng)，獲得諾貝爾獎。最終，普朗克他不得不承認(rèn)，自己最初的觀點(diǎn)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(xué)生總結(jié)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(xué)的發(fā)現(xiàn)既要基于對事實(shí)的尊重，又要敢于提出新觀點(diǎn)。能量量子化是研究微觀世界的基本觀點(diǎn)。（ 4）師生活動：買米通過學(xué)生活動，把整節(jié)課推向了高潮。從實(shí)際生活中的例子出發(fā)，很容易啟發(fā)學(xué)生的思維，引起學(xué)生的思考。學(xué)生在教師引導(dǎo)下得出：34h 6.626 1034J s米的質(zhì)量看似

11、可以連續(xù)變化，但實(shí)際上它是分立變化的，它有最小的米粒。 通過對比，學(xué)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(guān)系，學(xué)生進(jìn)一步理解微觀能量量 子化與宏觀能量連續(xù)性。(6)課內(nèi)練習(xí)練習(xí)：光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400760nm,對 應(yīng)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(dāng)波長為 400nm 時，£6.62610 34 g 5 10 19J ;40010 9當(dāng)波長為 760nm 時，&6.626 10 34 2.6 10 19J ;76010 9所以，對應(yīng)的電磁輻射