能量量子化-教學設計

1、 /5能量量子化【教學目標】一、知識與技能了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射。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。了解能量子的概念。二、過程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。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)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧。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。【教學重點】能量子的概念。【教學難點】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

2、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(jīng)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(jīng)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?！币簿褪钦f：物理學已經(jīng)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

3、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(jīng)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一一能量量子化。二新課教學熱輻射熱輻射現(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。概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在

4、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：800K1000K1200K1400K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。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。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。低溫物體發(fā)出的是紅外光。熾熱物體發(fā)出的是可見光。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

5、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(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。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

6、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”。（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(jīng)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（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：

7、，1，2w，3w，ns，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為u的諧振子最小能量為s=hv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、課堂練習下列敘述正確的是（）切物體都在輻射電磁波般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案：ACD關于對黑體的認識，下列說法正確的是（）黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的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黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度