高二物理 必修三 《能量量子化》教學(xué)設(shè)計

1、 PAGE PAGE 413.5能量量子化深圳市龍崗區(qū)平岡中學(xué) 鄭一翔一、教材分析能量量子化這一節(jié)是必修第三冊的最后一節(jié)，本節(jié)課介紹近代物理知識非常重要的內(nèi)容，豐富所有學(xué)生的視野，也為接下來學(xué)習(xí)物理選修課程的學(xué)生做好鋪墊。本節(jié)內(nèi)容的核心是從黑體輻射的研究到量子化思想的提出。通過對熱輻射、黑體輻射的研究，重溫科學(xué)家們獨特的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生大膽、創(chuàng)新的能力。希望引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會利用能量子的思想理解客觀世界，重視發(fā)揮物理學(xué)史的教育功能，讓學(xué)生了解量子力學(xué)的初期的探索歷程。樹立正確的科學(xué)觀念。 二、學(xué)情分析上一節(jié)課學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電磁波，知道了電磁波譜，簡單知道了各種電磁波的輻射規(guī)律。對于學(xué)生來說熟悉一切

2、自然過程都是連續(xù)的這條原理。普朗克開創(chuàng)性的新思想是與經(jīng)典理論相違背的，它打破了經(jīng)典物理傳統(tǒng)觀念對人們的長期束縛，這就為人們建立新的概念，探索新的理論開拓了一條新路。在他的假設(shè)的啟發(fā)下，許多現(xiàn)象得到了解釋。三、教學(xué)目標(biāo)（一）物理觀念1.通過實驗了解黑體輻射2.了解黑體輻射研究的歷史脈絡(luò)3.了解能量子、能級等概念（二）科學(xué)思維體驗從無到有的科學(xué)創(chuàng)新思維（三）科學(xué)探究經(jīng)歷能量子的探究過程，領(lǐng)會這一科學(xué)概念的創(chuàng)新性突破中蘊(yùn)含的偉大科學(xué)思想。（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識。四、教學(xué)重點1.黑體輻射及其研究的歷史脈絡(luò)2.

3、能量子的概念五、教學(xué)難點1.黑體輻射的定義。2.能量子概念的理解。3.光子、原子的能量也是量子化的規(guī)律。創(chuàng)設(shè)情境提出問題創(chuàng)設(shè)情境提出問題作出假設(shè)建立模型回顧實驗發(fā)現(xiàn)規(guī)律總結(jié)規(guī)律拓展延伸科學(xué)共情課堂小結(jié)七、教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題19世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)經(jīng)歷了長足的發(fā)展，在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域都取得了很大的成功當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中，認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。著名的物理學(xué)家開爾文說科學(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(bǔ)工作就行了。但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云。這兩朵烏云是什么呢？（二）作出假設(shè)，建立模型1.它們分別是黑體輻

4、射實驗和邁克爾遜-莫雷實驗，后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一場革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一場春雨，澆灌著兩朵鮮花。量子論和相對論，接下來讓我們跟著科學(xué)家的腳步，看黑體輻射如何澆灌出量子論這朵鮮花。冬天時，我們常有坐在爐火旁取暖的經(jīng)驗，這便是熱輻射現(xiàn)象，一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，故稱為熱輻射。如果我們將鐵塊放進(jìn)火爐內(nèi)，我們可以看到投在爐中的鐵塊隨溫度升高依次呈現(xiàn)不同顏色，顏色不同，對應(yīng)光的波長也不同。這是熱輻射的一個特性，輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。實際物體熱輻射十分復(fù)雜，物體除了輻射電磁波外，還會吸收、反射外界射來的電磁波。常溫下我

5、們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致?？茖W(xué)家們希望找到一個物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這樣就可以單純研究熱輻射與溫度之間的關(guān)系。這種理想化的模型稱為黑體，最早由德國物理學(xué)家基爾霍夫提出。2.一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波，這就是黑體輻射，如在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體?，F(xiàn)實生活中的樓房墻壁已刷好白漆，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)地透過窗戶往里看，則黑乎乎一片，這時房間便可以近似看成黑體。黑體不一定是黑的,只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的;有些可看作黑體

6、的物體由于有較強(qiáng)的輻射,看起來還會很明亮,如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也有時被看作黑體來處理。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。而黑體輻射的規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)，因而可以反映某種具有普遍意義的客觀規(guī)律。（三）回顧實驗，發(fā)現(xiàn)規(guī)律黑體輻射的實驗規(guī)律：（四）總結(jié)規(guī)律，拓展延伸黃色圈圈代表實驗值，綠色的虛線代表維恩的理論圖像，我們發(fā)現(xiàn)短波符合，長波不符合；藍(lán)色的虛線代表瑞利的理論圖像，發(fā)現(xiàn)長波符合，短波卻趨于無窮大，意味著紫外線具有毀滅性的輻射，這與實際情況嚴(yán)重不符，即紫外災(zāi)難。那到底該用什么樣的公式來描述呢？讓我們來看一看偉大的發(fā)現(xiàn)者普朗克。普朗克做出

7、了這樣的大膽假設(shè)：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， E=n n=1,2,這個不可再分的最小能量值叫作能量子，它的大小為：e=hv 帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化。在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時我們可以認(rèn)為:物體的運(yùn)動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮量子化。愛因斯坦把能量子假設(shè)進(jìn)行了推廣，認(rèn)為電磁場本身就是不連續(xù)的，光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子，愛因斯坦的發(fā)現(xiàn)跨出了真正說明物質(zhì)世界量子性的第一步。能量子的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。世界迎來了量子時代！這也給研究原子系統(tǒng)的丹麥物理學(xué)家玻爾一個啟發(fā)。在原子系統(tǒng)中，玻爾以量子論、光子學(xué)說為基礎(chǔ)，提出假設(shè)：電子只能在一些半徑取分立值的軌道上運(yùn)動。電子在這些原子處于能量最低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的。如果原子獲得能量電子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,電子會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷。（五）科學(xué)共情，課堂小結(jié)觀看量子物理研究短片，加深理解。普朗克之后，一大批優(yōu)秀的科學(xué)家前赴后繼地投入量子