13.5 能量量子化（导学案）【含答案解析】- 高二物理（人教版2019必修第三册）.docxVIP

第5节能量量子化

导学案

【学习目标】

1、了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。

2、了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。

3、了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。

【学习重难点】

学习重点：能量量子化的基本概念和创立过程。

学习难点：理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突；理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求，也是当今现代化社会、现代化科技发展的动力源泉和根基。

【知识回顾】

1、自然界中所有物体都在不停地向外辐射红外线，物体的温度越高，辐射的红外线越强。

2、光是一种电磁波。

3、量子化的能量值叫作能级。原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，即hν

4、玻尔的氢原子光谱理论：电子的轨道半径rn=n2r1和对应的能量值（能级）En=1n2E1（E

【自主预习】

1、能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

2、能量子的计算公式：ε=hν。其中，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝610

3、光子的能量：ε=

【课堂探究】

新课导入

19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，他们认为物理学已经发展到头了。于是，1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。”

这两朵乌云指的是黑体辐射实验、光的速度。后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇而关于黑体辐射的问题正是我们今天要学习的内容。灌着两朵鲜花。

第一部分热辐射

思考1：把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？

我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。所以，随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。

大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。

思考2：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，会怎样？

物体看起来是黑色的。

如果某物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体。

思考3：一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？

会发现看不见窗里的情景，一片漆黑。可以将其近似看做黑体。

研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。黑体辐射：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

黑体辐射实验的现象：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

解释黑体辐射实验的尝试：

维恩的半经验公式：短波符合，长波不符合。

瑞利-金斯公式：长波符合，短波荒唐。这被称为紫外灾难。

第二部分能量子

为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试。1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为ε=hν。ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝610-34

能量子的观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同，例如，一个宏观的单摆，小球在摆动的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的变化是连续的。而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的