《13.5能量量子化》教案、導學案、同步練習

14/14《13.5能量量子化》教案【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變化特點。3．體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。三、情感、態(tài)度與價值觀1．領略自然界的奇妙與和諧。2．發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘。3．體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！窘虒W重點】能量子的概念?！窘虒W難點】能量子的概念。【教學過程】一、復習提問、新課導入教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)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――能量量子化。二、新課教學（一）熱輻射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)熱輻射現(xiàn)象稱為熱輻射。（1）概念：我們周圍的一切物體，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，所以叫做熱輻射。教師展示鐵塊溫度升高的過程種顏色的變化：從看不出發(fā)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。（2）特征：輻射強度及波長的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。教師強調：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熾熱物體發(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，還會吸收、反射外界射來的電磁波嗎？學生回答：物體會吸收、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。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。注意：（1）黑體是個理想化的模型。（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，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。3．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。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”。展示：瑞利—金斯線（二）能量子教師：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。必然會促使人們去發(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，諧振子的能量并不像經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，與試驗符合得非常好。年輕的愛因斯坦認識到了普朗克能量子假設的意義，他把能量子假設進行推廣，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可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。通常情況下，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，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。二、課堂練習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情況只與溫度有關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D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案：ACD2．關于對黑體的認識，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，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外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體答案：C3．紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是()A．紅光 B．橙光 C．黃光 D．綠光答案：A《13.5能量量子化》導學案【學習目標】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變化特點。3．體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。三、情感、態(tài)度與價值觀1．領略自然界的奇妙與和諧。2．發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘.3．體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！緦W習重點】能量子的概念?！緦W習難點】能量子的概念?！緦W習過程】一、新課學習（一）熱輻射1．熱輻射現(xiàn)象思考1：當你坐在火爐旁時有什么感覺？為什么會有這種感覺？思考2：投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒是什么顏色？（1）概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與_______________________有關，所以叫做___________。鐵塊在加熱的過程中從______________到________到________到________。20瓦的白熾燈是________，200瓦的白熾燈________。以上都說明所輻射電磁波的特征與________有關。（2）特征：輻射強度及波長的分布隨________變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分________。激光、日光燈發(fā)光________熱輻射。（3）熱輻射的主要成分：室溫時，主要是___________________的電磁波；高溫時，主要是___________________的電磁波。①低溫物體發(fā)出的是____________；②熾熱物體發(fā)出的是____________；③高溫物體發(fā)出的是____________。思考3：那么物體除了輻射電磁波外，還會吸收、反射外界射來的電磁波嗎？2．黑體與黑體輻射不同的物體吸收和反射電磁波的能力是____________。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____________，簡稱____________。注意：（1）黑體是個________________________。（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與________________________有關。3．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________________________，另一方面，輻射強度的極大值向波長____________的方向移動。（二）能量子1900年，德國物理學家____________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，諧振子的能量并不像經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ε（稱為____________）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____________這個最小能量值，就叫做能量子，h為________________________。愛因斯坦認識到了普朗克能量子假設的意義，他把能量子假設進行推廣，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可分割的能量子組成的，這些能量子被叫做____________。（三）能級原子的能量是____________的。這些量子化的能量值叫做____________。通常情況下，原子處于能級____________的狀態(tài)，這是____________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____________能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是____________的，會自發(fā)地向能量____________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，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。二、課堂練習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情況只與溫度有關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D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波2．關于對黑體的認識，下列說法正確的是()A．黑體只吸收電磁波，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外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體3．紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是()A．紅光 B．橙光 C．黃光 D．綠光《13.5能量量子化》同步練習1.對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是()A.溫度 B.材料C.表面狀況 D.以上都正確解析影響黑體輻射電磁波的波長分布的因素是溫度,故選項A正確。答案A2.(多選)以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的()A.物體的帶電荷量 B.物體的質量C.物體的動量 D.學生的個數(shù)解析所謂“量子化”應該是不連續(xù)的,而是一份一份的,故選A、D。答案AD3.(多選)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情況只與溫度有關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D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波解析根據(jù)熱輻射定義知A正確;根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外,還與材料種類和表面狀況有關,而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關,B錯誤、C正確;根據(jù)黑體定義知D正確。答案ACD4.(多選)對于帶電微粒輻射和吸收能量時的特點,以下說法正確的是()A.以某個最小能量值一份一份地輻射或吸收B.輻射或吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C.吸收的能量可以是連續(xù)的D.輻射和吸收的能量是量子化的解析帶電微粒輻射和吸收能量時是以最小能量值ε的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收,是不連續(xù)的。答案ABD5.一個氫原子從低能級躍遷到高能級,該氫原子()A.吸收光子,吸收光子的能量等于兩能級之差B.吸收光子,能量減少C.放出光子,能量增加D.放出光子,能量減少解析氫原子能級越高對應的能量越大,當氫原子從較低能級向較高能級躍遷時吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于兩能級之差,A正確,B、C、D錯誤。答案A6.影響黑體輻射強度的因素是()A.只有溫度 B.只有波長C.與波長和溫度都有關 D.與波長和溫度都無關解析黑體輻射與波長和溫度都有關系,故C正確。答案C7.能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是()A.能量是連續(xù)的經典理論B.普朗克提出的能量量子化理論C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋D.牛頓提出的能量微粒說解析根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律,隨著溫度