人教版高中物理选择性必修三 第4章第1节普朗克黑体辐射理论教学设计

1、4.1普朗克黑体辐射理论教学设计课题 普朗克黑体辐射理论单元 4学科物理年级选修3学习目标物理观念：知道黑体辐射、能量子的概念科学思维：掌握黑体辐射的规律，提高分析问题、解决问题的能力。科学探究：通过对黑体辐射的规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。科学态度与责任：学会解释黑体辐射的规律，实事求是，理解能量子、光子，培养探索科学的兴趣。重点掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。难点掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管

2、室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？向远处观察打开的窗子近似黑色。观察对面教室的窗户，描述所观察到的现象。 结合生活中常见的现象，引出较为抽象的新知识。讲授新课一、黑体与黑体辐射物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为黑体。加热空腔使其温度升高，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。二、黑体辐射的实验规律辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。特点：随温度的升高各种波长的辐射强度都在增加；绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。一般物体与黑体的比较现实生

3、活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。课堂练习1、正误判断(1)黑体一定是黑色的物体。()(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。()(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。()(4)黑体是一种客观存在的物质。()(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。()(6)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。()(7)能量子是可以再分的。()(8)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)经典物理学所遇到的困难解释实验曲线一朵令

4、 人不安的乌云（1）维恩的半经验公式： 短波符合，长波不符合。（2）瑞利金斯公式：长波符合，短波荒唐。 紫外灾难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 Maxwell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。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，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

5、开尔文毕竟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，”三、能量子：超越牛顿的发现 普朗克能量子假设 1. 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：E n ，n1，2，；2. 叫能量子，简称量子，n 为量子数，它只取正整数能量量子化；3.黑体中振动的分子、原子可看作谐振子（振动的微粒），谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量； 4. 对于频率为的谐振子（其辐射的电磁波频率也为），最小能量为：h 。h 6.6261034 J s 普朗克常量普朗克能量子理论成功解释黑体辐射Planck 抛

6、弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h6.6261034J s。年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为 v 的光的能量子为 hv，h 为普朗克常量。这些能量子后来

7、被叫作光子 (photon)。课堂练习2、(多选)以下宏观概念中,哪些是“量子化”的()A.物体的带电荷量B.物体的质量C.物体的动量D.学生的个数解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选AD。答案：AD理解黑体的概念。观察辐射强度和辐射波波长之间的关系图，并总结其特点。完成课堂练习。阅读材料，了解经典力学的局限性。了解科学前辈为科学的发展做出不懈努力。理解能量子的概念。阅读材料，了解科学家的历史。完成课堂练习。在介绍黑体过程中应强调黑体的理想化特点。让学生明白黑体是一个理想化模型。让血神自己总结规律，发现知识点，提高学生学习的独立性和自主性。帮助学生养成实事求是的科学精神和坚持不懈的科

8、学态度。通过图片展示微观世界中能量是分立值的特点。拓展提高1、 (多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是()A.T1T2B.T1T2C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各

9、种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出,1T2,本题正确选项为A、D。答案：AD规律方法：1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。2、下列叙述错误的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁

10、波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。答案：B3、(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是 ()A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间C.温度越高,辐射强度的极大值就越大D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短解析：在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,且辐射强度的极大值也就越大,C正确;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故D正确,故选B、C、D