《13.5能量量子化》教案、导学案、同步练习

14/14《13.5能量量子化》教案【教学目标】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1．了解微观世界中的量子化现象。2．比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。3．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1．领略自然界的奇妙与和谐。2．发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘。3．体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【教学重点】能量子的概念。【教学难点】能量子的概念。【教学过程】一、复习提问、新课导入教师：介绍能量量子化发现的背景：19世纪末页，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，著名物理学家开尔文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。”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但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。”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。然而，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化。二、新课教学（一）热辐射1．热辐射现象固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现热辐射现象称为热辐射。（1）概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。教师展示铁块温度升高的过程种颜色的变化：从看不出发光到暗红到橘红到黄白色再次举例一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯，20瓦的白炽灯是昏黄色，200瓦的白炽灯接近白色。说明所辐射电磁波的特征与温度有关。（2）特征：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，电磁波的短波成分增加。教师强调：激光、日光灯发光不是热辐射。（3）热辐射的主要成分：室温时，波长较长的电磁波；高温时，波长较短的电磁波。①低温物体发出的是红外光。②炽热物体发出的是可见光。③高温物体发出的是紫外光。提问：那么物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波吗？学生回答：物体会吸收、反射外界射来的电磁波。例如物体可以反射光。2．黑体与黑体辐射教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。教师：展示黑体模型。注意：（1）黑体是个理想化的模型。（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。3．黑体辐射的实验规律黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。展示：瑞利—金斯线（二）能量子教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不像经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，…，nε，n为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为ε这个最小能量值，就叫做能量子，h为普朗克常量。借助能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得非常好。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推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是有一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被叫做光子。（三）能级原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。通常情况下，原子处于能级最低的状态，这是最稳定的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁放出光子。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，由于原子的等级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。二、课堂练习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：A《13.5能量量子化》导学案【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1．了解微观世界中的量子化现象。2．比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。3．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1．领略自然界的奇妙与和谐。2．发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘.3．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】能量子的概念。【学习过程】一、新课学习（一）热辐射1．热辐射现象思考1：当你坐在火炉旁时有什么感觉？为什么会有这种感觉？思考2：投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿是什么颜色？（1）概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与_______________________有关，所以叫做___________。铁块在加热的过程中从______________到________到________到________。20瓦的白炽灯是________，200瓦的白炽灯________。以上都说明所辐射电磁波的特征与________有关。（2）特征：辐射强度及波长的分布随________变化；随着温度升高，电磁波的短波成分________。激光、日光灯发光________热辐射。（3）热辐射的主要成分：室温时，主要是___________________的电磁波；高温时，主要是___________________的电磁波。①低温物体发出的是____________；②炽热物体发出的是____________；③高温物体发出的是____________。思考3：那么物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波吗？2．黑体与黑体辐射不同的物体吸收和反射电磁波的能力是____________。概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为____________，简称____________。注意：（1）黑体是个________________________。（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与________________________有关。3．黑体辐射的实验规律黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度________________________，另一方面，辐射强度的极大值向波长____________的方向移动。（二）能量子1900年，德国物理学家____________提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不像经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为____________）的整数倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，…，nε，n为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为____________这个最小能量值，就叫做能量子，h为________________________。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推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光本身就是有一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被叫做____________。（三）能级原子的能量是____________的。这些量子化的能量值叫做____________。通常情况下，原子处于能级____________的状态，这是____________的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到____________能量状态。这些状态的原子是____________的，会自发地向能量____________能级跃迁放出光子，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，由于原子的等级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。二、课堂练习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2．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3．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《13.5能量量子化》同步练习1.对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A.温度 B.材料C.表面状况 D.以上都正确解析影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度,故选项A正确。答案A2.(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.学生的个数解析所谓“量子化”应该是不连续的,而是一份一份的,故选A、D。答案AD3.(多选)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解析根据热辐射定义知A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点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,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误、C正确;根据黑体定义知D正确。答案ACD4.(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是()A.以某个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的解析带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值ε的整数倍一份一份地辐射或吸收,是不连续的。答案ABD5.一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子()A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差B.吸收光子,能量减少C.放出光子,能量增加D.放出光子,能量减少解析氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A正确,B、C、D错误。答案A6.影响黑体辐射强度的因素是()A.只有温度 B.只有波长C.与波长和温度都有关 D.与波长和温度都无关解析黑体辐射与波长和温度都有关系,故C正确。答案C7.能正确解释黑体辐射实验规律的是()A.能量是连续的经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说解析根据黑体辐射的实验规律,随着温度