1、第一节 量子概念的诞生 课前自主学习 一、热辐射问题、黑体与黑体辐射 1热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的 _相关，所以叫做热辐射 2黑体：某物体能够_吸收外来电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体，简称 黑体. 3黑体辐射：黑体表面向外辐射电磁波的强度按波长分布的情况与温度有关 二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义 1能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值 的_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值 叫 做_ 2能量子大小： h ，其中 是电磁波的频率， h 称为普朗克常 量
2、h_Js(一般取 h6.6310 34 Js) 3能量子概念的引入，解决了黑体辐射问题，向人们展示了自然过程的非连续特性，标志 着量子论的诞生 参考答案：一、1.温度 2.全部 二、1.整数倍 能量子 2. 6.6310 34 js 教学目标： 1通过阅读教材知道什么是热辐射及热辐射的特性，知道黑体与黑体辐射 2通过交流讨论认识黑体辐射的实验规律，理解黑体热辐射的强度与波长的关系 3通过自主学习知道能量子的概念，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。 4 通过对教材和资料的查阅领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心
3、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。 教学重点：黑体辐射的实验规律以及能量子的概念 教学难点：黑体辐射的实验规律 设计思想：本节课内容比较抽象，也不能通过实验等让学生感知。通过学生自主阅读教材， 并进行交流讨论后概括总结本节的内容。培养学生概括总结能力，让学生自己总结所学内 容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。 教学资源：多媒体 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学设计： 一、引入新课 介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。 ） 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
4、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：
5、“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的发现 二、新课教学 学习活动一：热辐射 阅读教材 p68-69 第一、第二段 问题：什么是热辐射？你能举出热辐射的实例吗？ 学生：叙述关于热辐射的描述。 教师：通过课件展示，
6、加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了 解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。 小结：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象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征与温度有关。 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。 学习活动二：黑体辐射的实验规律 问题 1：什么是黑体？什么是黑体辐射？ 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
7、物体，称 黑体模型 为绝对黑体，简称黑体。 教师：课件展示黑体模型。 不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律” ，结合课件展示，如图所示。 问题 2：从图像中你能发现黑体热辐射的强度与波长的关系吗？ 小结：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。 问题 3：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
8、。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” 。 课件展示：瑞利-金斯线。见课件。 学习活动三：量子概念的诞生 阅读 p69-70：能量子：超越牛顿的发现 教师介绍：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，谐振子的能量并不象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 （称为能量子）的整数倍，即：， 1，2
9、，3，. n，n 为正整数， 称为量子数。 对于频率为 的谐振子最小能量为 这个最小能量值，就叫做能量子 课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 0 1 2 3 4 5 6 (m) 1700K1500K 1300K 1100K ),(0Te实验结果 h （1）黑体辐射公式 1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力 证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信 h 的引入确实反映 了新理论的本质。 1918 年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和 sJ
10、h34106. 黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决 了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？ 没有。 物理难题：1888 年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。 近 10 年以后，1897 年，汤姆孙发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的 电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本 着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？，我们就继续学 习“光的粒子性” 例 1. 下面各物体, 哪个是绝对黑体 （
11、） A不辐射可见光的物体 B不辐射任何光线的物体 C不能反射可见光的物体 D不能反射任何光线的物体 答案：D 例 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 解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A 错误。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，B
12、 错误，C 正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成 了一个黑体，而不是空腔，D 错误。 答案：C 点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度 按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。 12)(/3kThecMsJ05.634h 例 3(湛江市 20142015 学年高二质检)在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔 可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射 强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是( ) A T1T2 B T1T2 C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的方向移动 解析：一般材料的物体辐射能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，全部吸收任何波长的 辐射的物体，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 看出， 1T2。本题正确选项为 A、D。 思考感悟： 普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感觉不到宏观物体的量子化特征？ 提示：对于宏观物体，因为普朗克常量 h 非常小，可认为趋近于零，量子化的特征显示不 出来
