-2025学年高二教案物理（人教版2019）必修3第十三章135能量量子化教学设计

人教版必修第三册 第十三章 第5节《能量量子化》《能量量子化》教学设计高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节一、教学指导思想本节课着力于培养学生的核心素养，因此在设计这节课的教学设计从以下几个方面着手：“以创设物理情境为切入点，以能量子概念的三个诺贝尔物理学奖为主线，以实验和实际观察为基础，以多学科转换为手段，以培养学生科学思维能力为核心，以提升学生科学探究为重点，以能量子概念的建立为目标”形成电磁波、能量子、能级等物理观念；探究热辐射的原理以及为了解释热辐射现像的科学思维；对相关问题进行现象分析、科学推理、实验验证，理论计算、形成结论的过程中丰富学生的理论思维和科学精神。从实验到理论，并且从理论到实验形成闭环，培养了学生的学习兴趣，提高学生的思维能力。二、教学内容分析【课标要求】3.3.6知道光是一种电磁波。知道光的能量是不连续的。初步了解微观世界的量子化特征。【单元视角】前面几节的学习，学生初步建立了电磁波的概念，对电磁波有了一些认识。本节内容是这一章内容的深化和提升，揭示了电磁波的本质和微观世界能量的特征，同时也为以后原子与原子核的学习打下基础。【教材分析】《能量量子化》是必修第三册模块中“电磁感应与电磁波初步”主题下的内容。本节通过真实物理实验，引导学生了解热辐射以及黑体辐射，从而进入能量量子化的学习。在通过介绍普朗克得到能量子概念的物理学史知识后，注重引导学生了解其他物理学家对能量子概念的拓展与应用，并能运用这些知识分析实际生活中的现象。本节有大量的物理学史内容，在讲解的同时也提升了人文教育素养。【素养载体】2页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节通过热辐射现象引入能量子概念的过程，有助于帮助学生物理观念的形成；基于普朗克分析黑体辐射实验，进行推理论证等方法有利培养学生科学思维；对维恩和瑞丽公式提出质疑和检验修正，有助于形成创造性见解的能力与品格；动手探究灯泡照射时温度的变化实验能很好的提升学生科学探究的能力，能充分的激发学生思维能力和勇于探究的科学精神。【落地关键】如何把现象简化成物理模型，通过分析物理模型引入方法，把深奥的原理还原用实验进行呈现，是课堂中落实素养关键点。三、学生情况分析【学习起点】知识储备：学生在前几节已经学习了电磁场和电磁波相关知识；了解了电磁波的大致分类，为能量量子化提供了基础。技能储备：前面的学习已具备了较为熟练的实验操作技能。【进阶重点】学生学习了前面几节的内容，知道了光是一种电磁波，但电磁波的实质是什么还不清楚，因此这节课在设计的时候从热辐射的电磁波出发，进而引入这节课的主题。同时教师要培养学生的科学思维，包括模型建构过程，科学推理和科学论证，质疑创新等要素。引入了计算机编程进行多学科分析。本节课的开始从实验到理论，最后从理论到实验，这样相互检验过程是本节学习进阶的关键点。四、教学目标【物理观念】（1）知道能量子概念，了解能级。（2）掌握能量子的计算。（3）掌握玻尔的原子假说。【科学思维】3页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节通过小组实验、教师演示等方式，帮助学生建立物理模型，并对物理模型进行分析综合、推理论证。【科学探究】在学生学习了能量子之后，通过实验提出物理问题。基于理论作出分析，从而服务于实验。【科学态度与责任】对待科学严谨认真，实事求是和持之以恒。发展对科学的好奇心与求知欲，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。五、教学重难点【教学重点】热辐射、能量子。通过演示实验和学生动手做实验突破重点。【教学难点】黑体辐射的实验规律。通过分析科学家对实验的解释突破这一难点。六、教学方法【教学方法】情境导入法实验探究法讨论法演示法【学生学法】实验探究法合作交流法观察学习法七、课时安排：1课时八、教学资源【学生小组实验资源】分组实验：灯泡8个、铁架台8个、白色密封纸袋8个，黑色密封纸袋8个、温度计8个。【教师演示实验资源】灯泡1个、铁架台1个，白色密封纸袋1个、黑色密封纸袋1个、温度计1个、高温热源1个、铁块一个、三棱镜1个、直筒式分光镜1个、高压线圈1个、光谱管组1个、分光计1个4页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节九、教学整体活动思路十、教学过程设计教学情境问题引领教师活动学生活动设计目标流设置意图评估程活【引入】：1.联系动回忆上怎样证明电师：同学们好，在上生：电磁波的频了之前一节课所磁波是具有这节课之前先请同率范围很广，无学过的学电磁能量的？学们回忆上节课学线电波，光波等电磁波分波知识习了电磁波的哪些都是电磁波组知识？2.引入实还学习了电磁波新课内验是具有能量的容5页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节引展示实验器材每个小组先分别引起学入让学生分为四个人用测温计测量摆生学习新一组，进行分组实验放在面前的黑白的兴趣，课两个纸袋温度。引出本然后打开灯泡照节课题巡视并观察学生实射纸袋，接着测能量量验量照射一分钟、子化两分钟、三分钟黑白两个纸袋里面的温度。【分组实验探究】活引导探究一：建构电动利用纸问：纸袋的灯泡辐射电磁波的生：纸袋在灯泡磁波是1.知道二袋的温在灯泡打开能量被纸袋吸收，导打开时温度比关具有能电磁波度变化和关闭时，致温度升高，建构电闭时温度高量的辐射观追和黑白温度有什么磁波是具有能量的。念。根两个纸变化？生：黑色纸袋的溯袋的温问：黑白两引导探究二：温度比白色纸袋建构黑源度对比，个纸袋的温黑色纸袋吸收的电的温度高色纸袋建构电度对比有什磁波更多，建构黑色吸收的2.培养回磁波相么特征？纸袋吸收的能量更能量更对比思顾关概念师：为什多，但也没有完全吸多，但也维方19么？收。没有完法。00全吸收，6页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节师：1900年，在英并体现3.知道国皇家学会的新年对比思并了解庆祝会上，著名物理想能量子学家开尔文作了展提出的望新世纪的发言：大环境“科学的大厦已经了解这基本完成，后辈的物节课的感受物理学家只要做一些物理学理学的零碎的修补工作就历史，为发展历行了。但是，在物理接下来史学晴朗天空的远处，的学习还有两朵令人不安做好铺的乌云……”垫请学生引导探究三：铁块的【学生实验探究】学生：铁1.直观上来演颜色在逐渐变化块会慢体验热示加热慢变红，辐射铁块实问：铁块的师：观察并指导学生开始发活验，观察颜色有什么实验光。铁块动铁块颜变化生：观察实验现依次呈三色变化。象现暗红、赤红、橘红等颜7页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节直问：为什么师：在可见光范围接会有这样的内，每一种颜色的光观变化呢？对应的波长都不一察样，铁块随着温度升高，发出光的颜色不亲同，说明铁块所辐射身的电磁波波长也不体同，并且靠近铁块会验有感到热量生：认真观察，进一步的感受颜引导学生总结实验色的变化和铁块活结果，得出热辐射概温度升高周围的动念热量三一、热辐射：（1）定义：我们周直围的一切物体都在生：联系这一章接辐射电磁波，这种辐学习过的电磁波观射与物体的温度有知识，思考讨论察关，所以叫作热辐射。亲（2）热辐射的特点：身所辐射电磁波的特体征与温度有关。验室温时，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

色，直至2.了成为黄解辐射白色。强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同3.建构热辐射概念了解辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同8页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。除了热辐射外，物体表面还会吸收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。活从外面要研究引导探究四：热辐射生：在里面比从用现实1.建动和在里热辐射与物与物体温度的关系外面观察的亮度世界的立科四面观察体温度的关更亮实例，学思盖好的系，就必须带给学维：黑理大楼，现排除其他因生直观体模想象不同。素的影响。的感受型的模但是，一个建构型物体除了热辐射外，物深体表面还会入反射外界射思来的电磁2.建考波。如何消黑体构黑（1）定义：能够完9页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节除反射的电全吸收入射的各种体模活磁波？波长的电磁波而不型动发生反射，这种物体四师：从内外就叫作黑体。观察盖好的黑体虽然不反射电理大楼的亮度磁波，但是却可以向想通过电问：从外面外辐射电磁波。模源、单砸看大楼里面（2）黑体辐射的实型直导线、和从里面观验原理图小磁针、察亮度一样深铁屑等吗？（3）黑体辐射的实入实验器验规律思材，创设考探究探究直线电流、环形电流垂直平面磁场分布的实验情问：黑体是联系桌子上的黑色生：黑体不是黑知道黑境。黑色的物体纸袋色的物体，因为体不是吗？黑色纸袋也没有黑色的完全吸收电磁波物体10页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节介绍普经典物理学所遇到让学生1.深朗克解的困难──解释实体会到化科活释黑体问：黑体辐验曲线普朗克学探动辐射实射有哪些规1.德国物理学家维恩维恩：短波区域是怎么究：五验理论律呢？在1896年提出了辐符合，长波不符引入能普朗背景。射强度按波长分布合量子观克通归的理论公式念过猜纳c1ec2想，证T分5明，得析出能量子提概念。出2.培理2.英国物理学家瑞丽养学论在1900年提出了辐生的射强度按波长分布瑞丽：长波区域了解科严谨的理论公式符合，短波不符学的发的学(,T)d82kTd合展过程习态c3度和科学的认知思维。普朗克在1900年提3.建出全波段的电磁谱普朗克能量子概构普公式念朗克8h31能量hc3子概ekT1念h6.6261034Js11页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节活提问：现1900年底，普朗克1.了动实生活作出了这样的大胆解连六中有哪假设：振动着的带电续性些连续微粒的能量只能是与量性与量某一最小能量值ε的子化子化。以整数倍。例如，可能合此创设是ε或2ε、3ε……理六层认这个不可再分的最外知冲突小能量值ε叫作能量推建构子，它的大小为ε=hv从宏到微问：同学们【思考讨论】进一步知道现实生联系实际说说你心电影是连续画内化加活中有哪些中的连续性与量子面，组成电影的深学生连续性与量化有什么区别？是一帧一帧图片对连续子化吗？性与量子化的理解12页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节计算机同学们在计课后自己编写程多学2.感课上学算机课上学利用程序模拟：序模拟黑体辐射科，多受科习过的习的编程语实验角度理学的Python言是说明？解魅力。程序模拟一个宏观的单摆，小球在摆动的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量减小，能量的变化是连续的。出示动图：单摆普朗克假设的意义：普朗克(1)普朗克的能量子能量子假设,使人类对微观假设的世界的本质有了全意义新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点;(2)普朗克常量h是自然界最基本的常13页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节量之一,它体现了微爱因观世界的基本特征;斯坦(3)不仅成功地解决的光了热辐射中的难题，子说而且开创物理学研和玻究新局面，标志着人尔的类对自然规律的认三条识已经从从宏观领假说，域进入微观领域，为对能量子力学的诞生奠量子定了基础。概念进行1905年，为了解释拓展。光电效应现象，德国物理学家爱因斯坦把普朗克能量子的假设进行了推广，他认为普朗克的观点是不彻底的，仅仅认为电磁波在吸收和辐射时，才显示出不连续性是不够的，实际上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ν的光的能量为hν，h为普朗14页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节克常量。这些能量子后来被叫作光子。爱因斯坦的光子说，成功的解释光电效应现象。另一位把量子化假设向前推进的是丹麦物理学家玻尔。根据经典电磁理论，高速运动的电子，不断向辐射电磁波，使得电子的能量越来越低，这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射的各种频率（波长）的光，即原子的光谱应该总是连续的；演示分问：同学们而实际上看到的是光镜观观察到什么分立的线状谱。察氢原现象？子可见问：气体原光的发子发光的颜射光谱色一样吗？15页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式（巴耳末公式）表示：1 R(212 n12),n3,4,5...1.10107m1，叫做里德伯常量。为了解释这个现象，丹麦物理学家玻尔提出：1：轨道量子化围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。2：能量量子化

请两位同学上来感受实激发用分光镜观察实验之美学习验兴趣，感受能观察到分立的多姿亮线多彩的物理世界16页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫能级。3：频率条件(跃迁假说)通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。处在较高的能级的原子是不稳定的，会自发地向低能级跃迁，放出光子。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，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但解释不了氦原子光谱要想解释氦原子光引出量物理谱需要用到量子力子力学学的学中的电子云模型。概念发展17页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节是 在进 步和 前进的这节课学习这节课，我们通过三对这节课的学习了什么呢？段物理学史，了解了内容进行总结量子化概念建立发展的过程，为了解释活黑体辐射的实验规动总结这律，普朗克1900年七节课学提出了能量量子化习的内的概念，从此，物理总容学进入了一个新的结纪元。普朗克本人因提此获得了1918年的升诺贝尔物理学奖。之后，爱因斯坦在此基升础上进一步提出了华光量子的概念，成功所解释了光电效应现学象获得1921年的诺贝尔物理学奖。丹麦物理学家玻尔在把量子化的观念应用18页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节活到原子系统，提出了动自己的能级假说，成七功地解释了氢原子的分立光谱。获得总1922年的诺贝尔物结理学奖。光量子和能提级的提出，深化了普升朗克能量量子化的假说。升华教材联晴朗的夜空课后探讨回归教激发所系与应繁星闪烁，材课后学用有的恒星颜探究色偏红，有的兴的偏蓝。你趣。能判断出“红星”和“蓝星”哪个表面温度更高吗？十一、板书设计一、热辐射黑体辐射二、能量子三、能级十二、作业设计19页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节题目序号0501完成时长1min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编1．关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是（）A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关题目B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【答案】C【解析】A．一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，也与材料的种类及表面情况有关，A错误；答案B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，看不见的，B错误；C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加，C正确；D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误。故选C。题目序号0502完成时长1min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编2．黑体辐射的规律，下列结论正确的是（）题目A．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C．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20页共25页高考资源网 人教版必修第三册第十三章第5节D．黑体热辐射的强度与波长无关【答案】C【解析】A．由图像可知，随着温度的降低，各种波长的辐射强度都减小，A错误；答案 B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，B错误；CD．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，与其他因素无关，C正确，D错误。故选C。题目序号0503完成时长1min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编3．已知某单色光的波长为l，在真空中光速为c，普朗克常量为，则电磁波辐射的能量子e的值为（）题目B．lhC．hclA．hlcD．以上均不正确【答案】A答案 【解析】根据E=hv，又v=lc，所以E=hlc，故A正确，BCD错误．故选：A。题目序号0504完成时长2min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编4．以下关于光子说的基本内容，不正确的说法是（ ）A．光子的能量跟它的频率有关题目 B．紫光光子的能量比红光光子的能量大C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一21页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节个光子【答案】C【解析】根据E=hv判断出光子的能量与光子的频率因素有关，故A说法正确；根据E=hv判断出光子的能量与光子的频率因素有关，紫色光的频率大于红色光的频率，所以紫光光子的能量比红光光子答案的能量大，故B说法正确；光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，没有静止质量，也没有具体的体积，故C说法错误；根据光子的定义：光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫做一个光子，故D说法正确．所以选C．题目序号0505完成时长2min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编5．(多选)关于对能量子的认识，下列说法正确的是()A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε题目B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的【答案】BC【解析】由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某答案AB一最小能量值的整数倍，错误，正确；由最小能量值E=hv知，C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，故D错误。题目序号0506完成时长5min题目类型选择题填空题作图题作图题综合题实践题22页共25页高考资源网人教版必修第三册第十三章第5节学习水平知道理解应用综合题目来源引用改编自编6．太阳光垂直照射到地面上时，1m2地面接收太阳光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45%．（1）假如认为可见光的波长约为0.55μm，日地间距离题目R=1.5´1011m，普朗克常量h=6.63´1034J×s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？（2）若已知地球的半径r=6.4´106m，估算地球接收的太阳光的总功率．【答案】（1）4.9´1044个（2）1.8´1017W【解析】(1)设地面上垂直于阳光的1m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有P´45%´1s=n×hcl设想一个以太阳为球心、以日地间距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求答案可见光光子数N=n×4πR2联立得N=4.9´1044个．(2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直．接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收太阳光的总功率P，则有P地=Pgπr2=1.4´103´3.14´(6.4´106)2W=1.8´1017W．