2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步第五節(jié)能量量子化教案新人教版必修3

PAGE5-第5節(jié)能量量子化問題與目標(biāo)1.了解熱輻射和黑體輻射的概念。2.知道能量量子化是探討微觀世界的基本觀點(diǎn)。3.知道能量子的概念，會用公式和進(jìn)行計(jì)算，了解能量子的概念及其提出的科學(xué)過程。4.了解能級的概念。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)能量子概念會用公式和進(jìn)行計(jì)算。難點(diǎn)黑體輻射的規(guī)律。教學(xué)打算老師要求多媒體課件學(xué)生要求預(yù)習(xí)教材內(nèi)容教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課把鐵塊投進(jìn)火爐中，剛起先鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的上升，鐵塊會漸漸變紅，起先發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的改變呢？二、新課教學(xué)（一）熱輻射1.了解熱輻射【老師】同學(xué)們閱讀教材，思索什么是熱輻射，總結(jié)熱輻射的特點(diǎn)。我們四周的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度上升時(shí)，熱輻射中波長較短的成分越來越強(qiáng)。例如，隨著溫度的上升，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生改變（如下圖）?？偨Y(jié)：熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長的分布狀況隨物體的溫度而有所不同。2.了解黑體除了熱輻射外，物體表面還會汲取和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。假如某種物體能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。因?yàn)楹隗w輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)，所以，在探討熱輻射的規(guī)律時(shí)，人們特殊留意對黑體輻射的探討。物體中存在著不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒，帶電微粒的振動(dòng)會產(chǎn)生改變的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。于是，人們很自然地要依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的學(xué)問尋求黑體輻射的理論說明。但是，用經(jīng)典的電磁理論說明黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律時(shí)遇到了嚴(yán)峻的困難。（二）能量子1.了解普朗克的能量子觀點(diǎn)1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設(shè)：振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如，可能是ε或2ε、3ε這個(gè)不行再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小為υ是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h=6.62607015×10-34J·s借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)符合得特別好。2.能量子的理解能量子的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對能量的相識有很大不同。例如，一個(gè)宏觀的單擺，小球在搖擺的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的改變是連續(xù)的。而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的。能量以最小的單位，一份一份地減小。年輕的愛因斯坦相識到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進(jìn)行了推廣，認(rèn)為電磁場本身就是不連續(xù)的。也就是說，光本身就是由一個(gè)個(gè)不行分割的能量子組成的，頻率為υ的光的能量子為hυ，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子。（三）能級1.能量量子化與定態(tài)微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級。通常狀況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運(yùn)動(dòng)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。這個(gè)過程可以理解為小孩子上樓梯。當(dāng)小孩子處于地面時(shí)（最低的狀態(tài)），是最平安的（穩(wěn)定的）。當(dāng)小孩子用力（到高速電子撞擊）邁上更高的臺階（躍遷到較高的能量狀態(tài)）。這是小孩子就不是最平安（穩(wěn)定）的狀態(tài)了，他會有下到臺階下面的想法（自發(fā)地向能量較低的能級躍遷）。2.光子的放射和汲取原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級之差。由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的放射光譜只有一些分立的亮線。氦原子光譜三、課堂小結(jié)這節(jié)課主要學(xué)習(xí)了：熱輻射及其規(guī)律、普朗克的能量子觀點(diǎn)、能級及其對光譜的說明。四、作業(yè)設(shè)計(jì)完成課本第127頁習(xí)題。課堂練習(xí)1．(多選)關(guān)于對熱輻射的相識，下列說法正確的是()A．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng)B．冷的物體只汲取電磁波C．輻射強(qiáng)度按波長的分布狀況只與物體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．常溫下看到的不透亮、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色[解析]一切物體都在不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，A正確，B錯(cuò)誤；選項(xiàng)C是黑體輻射的特性，C錯(cuò)誤；常溫下看到的不透亮、非發(fā)光物體的顏色是反射光的顏色，D正確．[答案]AD2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是()A．黑體是真實(shí)存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度上升黑體輻射的各波長的強(qiáng)度有些會增加，有些會減弱D．黑體輻射無任何試驗(yàn)依據(jù)[解析]黑體并不是真實(shí)存在的，A錯(cuò)誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與試驗(yàn)符合得特別好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，故C錯(cuò)誤；黑體輻射是有試驗(yàn)依據(jù)的，故D錯(cuò)誤．[答案]B板書設(shè)計(jì)第5節(jié)能量量子化1.熱輻射（1）定義：我們四周的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。（2）特點(diǎn)：熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長的分布狀況隨物體的溫度而有所不同。2.黑體（1）定義：能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作黑體。（2）特點(diǎn)：黑體輻射電磁波