人教版高中物理选择性必修第三册第四章教案学案

人教版高中物理选择性必修第三册第四章教案学案4.1普朗克黑体辐射理论【学习目标】一、知识与技能1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。3．了解能量子的概念。二、过程与方法了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。三、情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【学习重点】能量子的概念。【学习难点】黑体辐射的实验规律。【学习过程】一、黑体与黑体辐射1．热辐射现象（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与__________有关，所以叫热辐射。（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的________而有所不同。室温时，热辐射的主要成分是波长________（填“较长”或“较短”）的电磁波，不能引起人们的视觉；温度升高时，________（填“较长”或“较短”）波长的成分越来越强。2．黑体如果某种物体能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。3．黑体辐射：黑体虽然不反射___________，却可以_________________电磁波，这样的辐射叫做黑体辐射。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。注意：（1）黑体是个____________________。（2）一般物体的辐射与__________、____________、_______________有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______________有关。二、黑体辐射的实验规律测量黑体辐射的实验原理图加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。1．辐射强度按波长分布与温度的关系特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在_____________；②辐射强度的最大值向_____________方向移动。2．经典物理学所遇到的困难（1）维恩的经验公式：__________符合，____________不符合。（2）瑞利-金斯公式：___________符合，_____________荒唐。3．超越牛顿的发现1900年10月19日，_______________在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式与实验结果非常吻合。三、能量子（1）普朗克的假设：振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的__________，即：能量的辐射或者吸收只能是____________的，这个不可再分的最小能量值ε叫做__________。（2）能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为______________，h＝6.62607015×10-34J·s。（3）能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说是微观粒子的能量是________的，这种现象叫能量的__________。（4）普朗克假设的意义：①借助于能量的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按____________的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝。②普朗克在1900年能把量子列入物理学，正确地破除了“________________”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。【练习巩固】1．下列叙述正确的是（）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答案：ACD2．关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案：C3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（）A．红光 B．橙光C．黄光 D．绿光答案：A4．小灯泡的功率P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10-6m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？（h＝6.63×10-34J·s）答案：5×1018个5．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）答案：A6．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．学生的个数答案：AD7．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案：ACD8．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。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（）A．T1>T2B．T1<T2C．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长方向移动答案：A4.2光电效应【学习目标】一、知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3．了解康普顿效应，了解光子的动量。4．了解光既具有波动性，又具有粒子性。二、过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。三、情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【学习重点】光电效应的实验规律。【学习难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义。【学习过程】一、光电效应的实验规律1．光电效应（1）在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射_________的现象叫做光电效应。（2）光电效应实验中，金属受光照射后从表面发射出来的电子叫____电子，实质上光电子是获得了光的能量的电子，并不是其它粒子。2．光电效应的实验规律（1）当入射光频率减小到某一数值νc时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。νc称为____________或____________。这就是说，当入射光的频率________截止频率时无论光的强度多大，照射时间多长都不发生光电效应。截止频率与________________的性质有关。（2）光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。即存在____________。理解：频率不变，入射光越强，饱和电流________，单位时间内发射的光电子数越多。（3）如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为_________________。12mevc同一种金属，截止电压只与光的_________有关。光电子的最大初动能只与入射光的____________有关，入射光的____________无关。（4）即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。即光的照射和光电子的逸出几乎是_______________。更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。对以上现象进行总结：1．对于任何一种金属，都有一个____________，入射光的频率必须________这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；2．当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流________；3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的______增大而增大；4．入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是__________的，一般不超过10-9秒。二、光电效应经典解释中的疑难逸出功W0：________________________________________________________。（1）矛盾之一：光的能量与___________有关，而不是由___________决定。这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动理论面临挑战。（2）矛盾之二：光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是___________完成的，而不像波动理论所预计的那样可能。三、爱因斯坦的光电效应理论1．光子说：光不是_________的，而是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为_________。2．光电效应方程为______________________。3．爱因斯坦对光电效应的解释①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：νc=_____________。4．光电效应理论的验证美国物理学家____________，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，ℎ的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。四、康普顿效应和光子的动量1．光的散射：光在介质中与____________相互作用，因而传播方向____________，这种现象叫做光的散射。2．康普顿效应在散射线中，除有与入射波长______________的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。五、光的波粒二象性1．光在传播过程中表现出波动性，如_________、_________、________现象。2．光在与物质发生作用时表现出粒子性，如_______________，_______________。3．光具有_________性，又有_________性，即波粒二象性。【练习巩固】1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（）A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电答案：B2．一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（）A．延长光照时间B．增大光束的强度C．换用红光照射D．换用紫光照射答案：D3．关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是（）A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B．光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C．光子的能量跟它的频率成正比D．光子客观并不存在，而是人为假设的答案：B4．能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6μm，则进入人眼的光子数至少为________个，恰能引起人眼的感觉。答案：35．关于光电效应下述说法中正确的是（）A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应C．在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应答案：D4.3原子的核式结构模型【学习目标】一、知识与技能1．了解阴极射线及电子发现的过程。2．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。3．知道粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。二、过程与方法1．通过对粒子散射实验结果的讨论与交流，培养对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。3．了解研究微观现象的方法。三、情感、态度与价值观1．理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程，根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识原子的。2．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。3．通过对原子结构的认识的不断深入，认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。【学习重点】1．电子的发现。2．原子的核式结构模型。【学习难点】粒子散射实验。【学习过程】一、电子的发现1．阴极射线科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管______极发射出的一种射线，叫做阴极射线。2．阴极射线的特点①在真空中沿________传播；②碰到物体可使物体发出________。3．对于阴极射线的本质，有大量的科学家经过大量的科学研究，主要形成了两种观点。（1）____________说：代表人物：赫兹。认为这种射线的本质是一种____________的传播过程。（2）____________说：代表人物：汤姆孙。认为这种射线的本质是一种__________________。4．汤姆孙的研究英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子。实验装置如图所示，从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过D1D2后沿直线打在荧光屏P上。（1）当在平行极板上加如图所示的电场，发现阴极射线打在荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有_____________。（2）为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外。当满足条件_________________时，则阴极射线不发生偏转。则v=_实验结论：阴极射线是__________________。还可求出这种粒子的_________。汤姆孙还发现用不同材料的阴极做实验，比荷数值都_____________。汤姆孙后续的实验粗略测出了这种粒子的电荷量确实与氢离子的电荷量差别不大，证明了汤姆孙的猜测是正确的。汤姆生把新发现的这种粒子称之为电子。密立根通过实验发现，电荷具有量子化的特征。即任何电荷只能是e的整数倍。电子的电荷量：e＝___________________C电子的质量：m＝____________________kg二、原子的核式结构模型1．粒子散射实验（1）粒子散射实验装置由__________、__________、__________、荧光屏等几部分组成，实验时从粒子源到荧光屏这段路程应处于__________中。（2）实验现象：绝大多数粒子穿过金箔后_________________________；少数粒子（约占8000分之一）_________________________；极少数粒子的偏转超过了______，有的甚至几乎被撞了回来。2．原子的核式结构模型（1）在原子的中心有一个很小的核，叫做___________。（2）原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在___________里。（3）带负电的电子____________________________________________。三、原子核的电荷与尺度1．原子核的带电量：原子核的电荷数＝________________________2．原子核的尺度：原子半径的数量级为__________m、原子核半径数量级为_________m。【练习巩固】1．电子的发现说明（）A．原子是由原子核和电子组成的B．物质是带电的且一定带负电C．原子可进行再分D．原子核可再分答案：C2．关于阴极射线，下列说法正确的是（）A．阴极射线就是稀薄气体导电的辉光放电现象B．阴极射线是在真空管内由阴极发出的电子流C．阴极射线是某一频率的电磁波D．阴极射线可以直线传播，也可被电场、磁场偏转答案：BD3．一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若在管的正下方，放一通电直导线AB，发现射线径迹向下偏，则（）A．导线中的电流由A流向BB．导线中的电流由B流向AC．若要使电子束的径迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现D．电子束的径迹与AB中的电流方向无关答案：BC4．有一电子（电荷量为e）经电压为U0的电场加速后，进入两块间距为d，电压为U的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：（1）金属板AB的长度；（2）电子穿出电场时的动能。答案：（1）d（2）e5．提出原子核式结构模型的科学家是（）A．汤姆孙B．法拉第C．卢瑟福D．奥斯特答案：C6．在用α粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的α粒子的运动情况是（）A．全部α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进B．绝大多数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回C．少数α粒子穿过金属箔后，仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回D．全部α粒子都发生很大偏转答案：B7．卢瑟福α粒子散射实验的结果（）A．证明了质子的存在B．证明了原子核是由质子和中子组成的C．说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D．说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动答案：C8．在α粒子散射实验中，没有考虑α粒子跟电子的碰撞，其原因是（）A．α粒子不跟电子发生相互作用B．α粒子跟电子相碰时，损失的能量极少，可忽略C．电子的体积很小，α粒子不会跟电子相碰D．由于电子是均匀分布的，α粒子所受电子作用的合力为零答案：B9．卢瑟福原子核式结构理论的主要内容有（）A．原子的中心有个核，叫做原子核B．原子的正负电荷都均匀分布在整个原子中C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D．带负电的电子在核外绕核旋转答案：ACD10．在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A．原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B．正电荷在原子中是均匀分布的C．原子中存在着带负电的电子D．原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案：A4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型【学习目标】1．了解光谱的定义和分类。2．了解氢原子光谱的实验规律，知道巴耳末系。3．了解经典原子理论的困难。4．了解玻尔原子理论的主要内容。5．了解能级、能量量子化以及基态、激发态的概念。【学习重点】1．氢原子光谱的实验规律。2．玻尔原子理论的基本假设【学习难点】1．经典理论的困难。2．玻尔理论对氢光谱的解释【学习过程】一、光谱（1）发射光谱：_______________________________________叫做发射光谱。发射光谱可分为两类：______________和_______________。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线也叫原子的__________________。（2）吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。既然每种原子都有自己的特征谱线，我们就可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法称为________________。它的优点是灵敏度高，样本中一种元素的含量达到10-13kg时就可以被检测到。二、氢原子光谱的实验规律氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。巴耳末公式：__________________________________________________三、经典理论的困难矛盾一：无法解释____________________________________。矛盾二：无法解释____________________________________。四、玻尔原子理论的基本假设1．玻尔的原子结构假说（1）轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的，电子在库仑力的作用下绕原子核做_______，电子绕原子核运转的半径不是_______，半径的大小符合_______时轨道才是可能的，电子在这些轨道上绕核运转是_______，不产生_______。原子的能量是量子化的，电子在不同轨道上运动，原子处于不同的状态，对应不同的_______，原子的能量也是_______的。（2）几个基本概念：_______的能量值叫做能级。原子具有_______的稳定状态叫定态。能量_______的状态叫做基态。除_______之外的其他状态叫做激发态。（3）频率条件：原子光谱的解释：当电子从能量较高的定态轨道（能量记为Em）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为En）时会辐射出能量为hν的光子。hν=_______，又称为辐射条件。五、玻尔理论对氢光谱的解释1．解释巴耳末公式①按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν=__________。②巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和之后所处的_________轨道的量子数n和2。并且理论上的计算和实验测量的___________________符合得很好。2．解释氢原子光谱的不连续性原子从较高能级向低能级跃迁时放出光子的能量等于前后_______________，由于原子的能级是_________的，所以放出的光子的能量也是___________的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。六、玻尔理论的局限性1．成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了_____________________的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律。2．局限性保留了_____________的观念，把电子的运动仍然看作经典力学描述下的_______运动。3．电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现________的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像_________一样分布在原子核周围，故称___________。【练习巩固】1．按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是（）A．电子的动能变大，电势能变大，总能量变大B．电子的动能变小，电势能变小，总能量变小C．电子的动能变小，电势能变大，总能量不变D．电子的动能变小，电势能变大，总能量变大答案：D2．欲使处于基态的氢原子被激发，下列可行的措施是（）A．用10.2eV的光子照射B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射D．用11eV的电子碰撞答案：ACD3．一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光子，且ν1>ν2>ν3，则（）A．被氢原子吸收的光子的能量为hν1B．被氢原子吸收的光子的能量为hν2C．ν1=ν2+ν3D．被氢原子吸收的光子的能量为hν1+hν2+hν3答案：AC4.5粒子的波动性和量子力学的建立【学习目标】一、知识与技能1．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。2．了解量子力学的建立过程。二、过程与方法1．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。2．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。三、情感、态度与价值观1．通过阅读和教师介绍讲解，了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。2．通过相关理论的实验验证，逐步形成严谨求实的科学态度。3．通过了解电子衍射实验，了解创造条件来进行有关物理实验的方法。【学习重点】实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。【学习难点】实物粒子的波动性的理解。【学习过程】一、粒子的波动性1．德布罗意波任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波。物质波波长、频率的计算公式为λ＝________，ν＝________。例题1：试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。解：一个中学生的质量大约为m≈50kg，百米跑时的速度约为v≈7m/s，德布罗意波长：1.9×102．我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太____的缘故。3．德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有__________，即具有波粒二象性。与光子对应的波是________波，与实物粒子对应的波是________波。二、物质波的实验验证1．1927年戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了__________衍射的实验，从而证实了________的波动性。2．人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝________和λ＝________关系同样正确。3．物质波的应用：______________________________三、量子力学的建立19、20世纪之交，人们在_______________、_____________、____________等许多类问题中，都发现了经典物理学无法解释的现象。德国物理家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原