PAGE1-能量量子化【教學目標】一、學問與技能1．了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射。2．了解黑體輻射的試驗規律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系。3．了解能量子的概念。二、過程與方法1．了解微觀世界中的量子化現象。2．比較宏觀物體和微觀粒子的能量改變特點。3．體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的相識。三、情感、看法與價值觀1．領會自然界的奇異與和諧。2．發展對科學的新奇心與求知欲，樂于探究自然界的奇異。3．體驗探究自然規律的艱辛與喜悅。【教學重點】能量子的概念。【教學難點】能量子的概念。【教學過程】一、復習提問、新課導入老師：介紹能量量子化發覺的背景：19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地說明了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲……等都遵循的規律——能量轉化與守恒定律。當時很多物理學家都沉醉于這些成果和成功之中。他們認為物理學已經發展到頭了。1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，聞名物理學家開爾文作了展望新世紀的發言：“科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。”也就是說：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的試驗再做一做，在試驗數據的小數點后面在加幾位罷了！但開爾文終歸是一位重視現實和有視力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人擔心的烏云。”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜試驗有關。然而，事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從其次朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發展到了一個更為寬闊的領域。正可謂“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節課就來體驗物理學新紀元的到來――能量量子化。二、新課教學（一）熱輻射1．熱輻射現象固體或液體，在任何溫度下都在放射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發而放射電磁波的現熱輻射現象稱為熱輻射。（1）概念：我們四周的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫做熱輻射。老師展示鐵塊溫度上升的過程種顏色的改變：從看不動身光到暗紅到橘紅到黃白色再次舉例一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈，20瓦的白熾燈是昏黃色，200瓦的白熾燈接近白色。說明所輻射電磁波的特征與溫度有關。（2）特征：輻射強度及波長的分布隨溫度改變；隨著溫度上升，電磁波的短波成分增加。老師強調：激光、日光燈發光不是熱輻射。（3）熱輻射的主要成分：室溫時，波長較長的電磁波；高溫時，波長較短的電磁波。①低溫物體發出的是紅外光。②炙熱物體發出的是可見光。③高溫物體發出的是紫外光。提問：那么物體除了輻射電磁波外，還會汲取、反射外界射來的電磁波嗎？學生回答：物體會汲取、反射外界射來的電磁波。例如物體可以反射光。2．黑體與黑體輻射老師：除了熱輻射之外，物體表面還會汲取和反射外界射來的電磁波。不同的物體汲取和反射電磁波的實力是不一樣的。概念：能全部汲取各種波長的電磁波而不發生反射的物體，稱為肯定黑體，簡稱黑體。老師：展示黑體模型。留意：（1）黑體是個志向化的模型。（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。3．黑體輻射的試驗規律黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的上升，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。老師：提出問題，設置疑問。怎樣說明黑體輻射的試驗規律呢？在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據熱力學和電磁學規律來說明。德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與試驗規律不符，甚至得出了特別荒謬的結論，當時被稱為“紫外災難”。展示：瑞利—金斯線（二）能量子老師：利用已有的理論說明黑體輻射的規律，導致了荒謬的結果。必定會促使人們去發覺新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以放射和汲取輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態，在這些狀態中，諧振子的能量并不像經典物理學所允許的可具有隨意值。相應的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，…，nε，n為正整數，稱為量子數。對于頻率為ν的諧振子最小能量為ε=hv這個最小能量值，就叫做能量子，h為普朗克常量。借助能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強度按波長分布的公式，與試驗符合得特別好。年輕的愛因斯坦相識到了普朗克能量子假設的意義，他把能量子假設進行推廣，認為電磁場本身就是不連續的。也就是說，光本身就是有一個個不行分割的能量子組成的，這些能量子被叫做光子。（三）能級原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級。通常狀況下，原子處于能級最低的狀態，這是最穩定的。氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態。這些狀態的原子是不穩定的，會自發地向能量較低的能級躍遷放出光子。原子從高能態向低能態躍遷時放出的光子的能量。等于前后兩個能級之差，由于原子的等級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的放射光譜只有一些分立的亮線。二、課堂練習1．下列敘述正確的是()A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的狀況只與溫度有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關D．黑體能夠完全汲取入射的各種波長的電磁波答案：ACD2．關于對黑體的相識，下列說法正確的是()A．黑體只汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表