高二物理 選擇性必修三 普朗克黑體輻射理論

1、4.1普朗克黑體輻射理論教學(xué)設(shè)計(jì)課題普朗克黑體輻射理論單元4學(xué)科物理年級選修3學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念：知道黑體輻射、能量子的概念科學(xué)思維：掌握黑體輻射的規(guī)律，提高分析問題、解決問題的能力?？茖W(xué)探究：通過對黑體輻射的規(guī)律的探究，揭示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)會與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)會解釋黑體輻射的規(guī)律，實(shí)事求是，理解能量子、光子，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣。重點(diǎn)掌握黑體輻射的規(guī)律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。難點(diǎn)掌握黑體輻射的規(guī)律，理解能量子的概念，提高分析問題、解決問題的能力。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入一個(gè)燒紅的鐵片從中間到兩邊的顏色會發(fā)生

2、變化，這種變化是由于什么引起的？物體由于具有溫度會向周圍輻射電磁波，溫度不同，不同頻率的電磁波輻射的強(qiáng)度不同，表現(xiàn)出不同的顏色。思考同一個(gè)燒紅的鐵片，產(chǎn)生不同顏色的原因是什么。 結(jié)合生活中常見的現(xiàn)象，引出較為抽象的新知識。新課講授一、黑體與黑體輻射物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體?？涨槐谏祥_一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個(gè)帶小孔的空腔就可以近似為一個(gè)絕對黑體。二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻

3、射叫作黑體輻射。黑體輻射特征：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。特點(diǎn)：隨溫度的升高隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。一般物體與黑體的比較現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體,實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(電磁波),絕對黑體不存在,是理想化的模型。經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難解釋實(shí)驗(yàn)曲線一朵令人不安的烏云（1）維恩的半經(jīng)驗(yàn)公式： 短波符合，長波不符合。（2）瑞利金斯公式：長波符合，短波荒唐。 紫外災(zāi)難19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫

4、度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)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(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:“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?！钡_爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“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，”三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 1900年10月，普朗克提出量子化理論，給予黑體輻射以完美

5、的解釋。普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值叫作能量子。能量子的大?。?= h其中 是電磁波的頻率，h 稱為普朗克常量，h = 6.626 10 -34 J s（一般取 h = 6.63 10-34 J s）普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射黑體輻射公式1900 年 10月 19日，普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個(gè)黑體輻射公式。普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的

6、新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 h6.6261034J s。年輕的愛因斯坦認(rèn)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)不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量子為hv，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子 (photon)。課堂練習(xí)1.新冠肺炎防控中有一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對外來人員進(jìn)行體溫檢測，檢測用的體溫槍工作原理就是黑體輻射定律。黑體輻射的實(shí)

7、驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知下列描述正確的是（A）A隨著溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加 B溫度降低，可能部分波長的輻射強(qiáng)度會減小 C隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向頻率較小的方向移動 D隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動2.下列敘述錯誤的是(ACD)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(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波3.(多選)根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,以下判斷正確的是 (BCD)A.在同一溫度下,波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大B.在同一溫度下,輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長不是最大的,也不是最小

8、的,而是處在最大與最小波長之間C.溫度越高,輻射強(qiáng)度的極大值就越大D.溫度越高,輻射強(qiáng)度最大的電磁波的波長越短4.關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是（ B ）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，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C.隨著溫度升高，黑體輻射的各波長的強(qiáng)度有些會增強(qiáng)，有些會減弱D.黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)5.(多選)下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法正確的是（ ABD ）A.黑體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射B.黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波(包括可見光和不可見光)C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可以利用經(jīng)典物理學(xué)的理論來解釋D.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋6.太陽光含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，對這七種色光的認(rèn)識正確的是（ D ）A.紫光的波長最長B.紅光的能量子最強(qiáng)C.七種色光的能量均相同D.紫光的能量子最強(qiáng)理解黑體的概念。觀察輻射強(qiáng)度和輻射波波長之間的關(guān)系圖，并總結(jié)其特點(diǎn)。閱讀材料，了解經(jīng)典力學(xué)的局限性。了解科學(xué)前輩為科學(xué)的發(fā)展做出不懈努力。理解能量子的概念。閱讀材料，了解科學(xué)家的歷史