高中物理人教版必修第三册：能量量子化 教学设计.docx

教学设计

课程基本信息

学科

物理

年级

高二

学期

秋季

课题

能量量子化

教学目标

物理观念：能建立能量量子化的物理观念，知道普朗克能量量子公式，会简单计算。

科学思维：能量不连续的是微观世界和宏观世界的不同之处，能量不连续同样也适用于原子领域。

科学探究：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。

科学态度与责任：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。也是当今现代社会、现代科学技术发展的动力源泉和根基。

教学重难点

教学重点：

能量量子化的基本概念和创立过程。

教学难点：

1.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；

2.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。也是当今现代社会、现代科学技术发展的动力源泉和根基。

教学过程

环节一：引入

【教师】我们先来看一张图片：（测温枪测温）

这个场景我们都很熟悉，比如去医院或者商场的时候都要进行体温测量，但大家有没有想过，这种手持测温枪不与人体接触，是如何测出体温的呢？带着这个问题我们来进入今天的新课学习。

环节二：热辐射

【教师】上节课我们知道，变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，会形成电磁波。

（放动画）

而一切物体内都存在不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，就会向外辐射电磁波，也就是说我们周围一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与温度有关，称之为热辐射。

【问题1】既然热辐射与温度有关，那辐射的电磁波与温度有什么关系呢？

【教师】这是铁加热过程中由发热到发光的颜色变化。虽然我们现在很少有机会接触到炼钢炉，看不到这个变化，但是我们身边也是有这个现象的，比如说买到一口铁锅开锅的时候就会看到这么一个现象。虽然没有后面那么高的温度，但是前面还是可以看到铁刚开始是黑的，然后慢慢发红，先是暗红赤红再到橙红，如果温度再高就会发黄发白。这个过程中温度不同，颜色不同，颜色不同代表的是辐射的电磁波的波长不同，也就是说辐射强度按波长的分布规律随物体的温度不同而不同。从电磁波谱可以知道，红光的波长长，紫光的波长短。随着温度的升高从赤红到黄白，即温度升高时，波长较短的成分越来越强。

人体向外辐射的电磁波不在可见光的范围内，我们人眼观察不到，测温枪可以探测到，从而来判断人体温度高低的。根据这个原理，我们可以推测物体的温度高低。

但如果要精确测量，就必须掌握热辐射的定量关系。这就是人们为什么要研究热辐射的原因。要研究热辐射的定量关系就要做实验了，做实验之前先要了解一个事实：物体除了会辐射电磁波还会吸收和反射电磁波。

常温下我们看见不发光物体的颜色就是反射光所致。比如我们看到的白色就是这个物体几乎反射了所有波长的可见光，所以看起来是白色。那我们要研究热辐射规律就要排除反射的电磁波带来的干扰，找到一个只吸收电磁波不反射电磁波的模型，这个模型是黑体。

环节三：黑体辐射

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，这种物体就叫做黑体。

黑体是一个理想化模型，不是真实存在的，那什么物体可以当成黑体呢？

我们看这张照片，窗口为什么看起来是黑色的？难道没有可见光进入吗？其实有可见光进入房间，可是经过了很多次的反射和吸收，最后很难从窗口射出去，所以窗口从远处看看起来是黑色的，可见光是这样的，其他的电磁波也是这样的。所以开着小孔的空腔就可以当成是一个黑体，加热这个开着小孔的空腔就可以研究黑体辐射。只要掌握黑体辐射的定量规律，就可以测量物体的温度了。

通过精确的实验测量，得到了如图所示的黑体辐射的实验规律。这张图中纵轴表示辐射强度，横轴是波长，每条曲线代表一定温度下不同波长的辐射强度，其中有一个最大值。四条曲线对比可以看到，物体温度升高时，每个波长对应的热辐射强度都在增大，而且辐射强度最大的电磁波的波长越来越短。

这和我们看到的铁加热过程的现象一致，有了实验现象有了实验规律，那科学家们就要去想实验规律背后的科学依据。为什么会出现这样的规律呢？物理学家总是力图用已有的知识来解释新发现的现象和规律。当时，很多科学家依据经典的热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。

其中一条是英国物理学家瑞利在1900年提出的，瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长很小时，辐射强度竟变成无穷大，这显然是荒谬的。非常成熟的热力学与非常成功的电磁场理论相结合，导出的结果居然与高精度的光学实验相背！这个结果引起了物理学家的震惊。被称为是物理学经典理论的灾难，由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而称为“紫外灾难”。

环节四：能量量子化

德国物理学家普朗克进行了多种尝试，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