2024-2025学年新教材高中物理第十三章电磁感应与电磁波初步第五节能量量子化教案新人教版必修3

PAGE5-第5节能量量子化问题与目标1.了解热辐射和黑体辐射的概念。2.知道能量量子化是探讨微观世界的基本观点。3.知道能量子的概念，会用公式和进行计算，了解能量子的概念及其提出的科学过程。4.了解能级的概念。重点与难点重点能量子概念会用公式和进行计算。难点黑体辐射的规律。教学打算老师要求多媒体课件学生要求预习教材内容教学过程一、导入新课把铁块投进火炉中，刚起先铁块只是发热，并不发光。随着温度的上升，铁块会渐渐变红，起先发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的改变呢？二、新课教学（一）热辐射1.了解热辐射【老师】同学们阅读教材，思索什么是热辐射，总结热辐射的特点。我们四周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。当温度上升时，热辐射中波长较短的成分越来越强。例如，随着温度的上升，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生改变（如下图）。总结：热辐射的辐射强度按波长的分布状况随物体的温度而有所不同。2.了解黑体除了热辐射外，物体表面还会汲取和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。假如某种物体能够完全汲取入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。因为黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，所以，在探讨热辐射的规律时，人们特殊留意对黑体辐射的探讨。物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生改变的电磁场，从而产生电磁辐射。于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的学问寻求黑体辐射的理论说明。但是，用经典的电磁理论说明黑体辐射的试验规律时遇到了严峻的困难。（二）能量子1.了解普朗克的能量子观点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这个不行再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为υ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=6.62607015×10-34J·s借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得特别好。2.能量子的理解能量子的观点与宏观世界中我们对能量的相识有很大不同。例如，一个宏观的单摆，小球在摇摆的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的改变是连续的。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。能量以最小的单位，一份一份地减小。年轻的爱因斯坦相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行分割的能量子组成的，频率为υ的光的能量子为hυ，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。（三）能级1.能量量子化与定态微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。通常状况下，原子处于能量最低的状态，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。这个过程可以理解为小孩子上楼梯。当小孩子处于地面时（最低的状态），是最平安的（稳定的）。当小孩子用力（到高速电子撞击）迈上更高的台阶（跃迁到较高的能量状态）。这是小孩子就不是最平安（稳定）的状态了，他会有下到台阶下面的想法（自发地向能量较低的能级跃迁）。2.光子的放射和汲取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。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的放射光谱只有一些分立的亮线。氦原子光谱三、课堂小结这节课主要学习了：热辐射及其规律、普朗克的能量子观点、能级及其对光谱的说明。四、作业设计完成课本第127页习题。课堂练习1．(多选)关于对热辐射的相识，下列说法正确的是()A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只汲取电磁波C．辐射强度按波长的分布状况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透亮、非发光物体的颜色是反射光的颜色[解析]一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透亮、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确．[答案]AD2．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是()A．黑体是真实存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得特别好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度上升黑体辐射的各波长的强度有些会增加，有些会减弱D．黑体辐射无任何试验依据[解析]黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与试验符合得特别好，并由此开创了物理学的新纪元，故B正确；随着温度的上升，各种波长的辐射强度都有增加，故C错误；黑体辐射是有试验依据的，故D错误．[答案]B板书设计第5节能量量子化1.热辐射（1）定义：我们四周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。（2）特点：热辐射的辐射强度按波长的分布状况随物体的温度而有所不同。2.黑体（1）定义：能够完全汲取入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。（2）特点：黑体辐射电磁波