17.1能量量子化：物理学的新纪元
文档属性
| 名称 | 17.1能量量子化：物理学的新纪元 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 24.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2009-12-24 19:27:00 | ||
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文档简介
21世纪教育网
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]21世纪教育网
21世纪教育网
第十七章 波粒二象性21世纪教育网
21世纪教育网
新课标要求21世纪教育网
1．内容标准21世纪教育网
（1）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。21世纪教育网
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。21世纪教育网
（3）了解康普顿效应。21世纪教育网
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。21世纪教育网
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。21世纪教育网
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。21世纪教育网
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。21世纪教育网
2．活动建议21世纪教育网
阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。21世纪教育网
新课程学习21世纪教育网
17．1 能量量子化：物理学的新纪元21世纪教育网
★新课标要求21世纪教育网
（一）知识与技能21世纪教育网
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21世纪教育网
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21世纪教育网
3．了解能量子的概念21世纪教育网
（二）过程与方法21世纪教育网
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。21世纪教育网
（三）情感、态度与价值观21世纪教育网
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，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。21世纪教育网
★教学重点21世纪教育网
能量子的概念21世纪教育网
★教学难点21世纪教育网
黑体辐射的实验规律21世纪教育网
★教学方法21世纪教育网
教师启发、引导，学生讨论、交流。21世纪教育网
★教学用具：21世纪教育网
投影片，多媒体辅助教学设备21世纪教育网
★课时安排21世纪教育网
1 课时 21世纪教育网
★教学过程21世纪教育网
（一）引入新课21世纪教育网
教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。”21世纪教育网
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！21世纪教育网
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：21世纪教育网
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”21世纪教育网
这两朵乌云是指什么呢？21世纪教育网
一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。21世纪教育网
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”。21世纪教育网
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21世纪教育网
（二）进行新课21世纪教育网
1．黑体与黑体辐射21世纪教育网
教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。21世纪教育网
学生：阅读教材关于热辐射的描述。21世纪教育网
教师：通过课件展示，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。21世纪教育网
（1）热辐射现象21世纪教育网
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。21世纪教育网
所辐射电磁波的特征与温度有关。21世纪教育网
例如：铁块 温度↑21世纪教育网
从看不出发光到暗红到橙色到黄白色21世纪教育网
从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。21世纪教育网
（2）黑体21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。21世纪教育网
教师：课件展示黑体模型。
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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。21世纪教育网
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。21世纪教育网
2．黑体辐射的实验规律21世纪教育网
教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。21世纪教育网
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。21世纪教育网
教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？21世纪教育网
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”。21世纪教育网
课件展示：瑞利--金斯线。见课件。
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3．能量子：超越牛顿的发现21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。21世纪教育网
对于频率为ν的谐振子最小能量为21世纪教育网
这个最小能量值，就叫做能量子21世纪教育网
课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式21世纪教育网
（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21世纪教育网
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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。21世纪教育网
1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。21世纪教育网
他的墓碑上只刻着他的姓名和21世纪教育网
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？21世纪教育网
没有。21世纪教育网
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？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”
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（三）课堂小结21世纪教育网
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。21世纪教育网
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。21世纪教育网
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。21世纪教育网
教师要放开，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。
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（四）作业：“问题与练习”1、2、3题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
黑体模型
0 1 2 3 4 5 6
(μm)
1700K
1500K
λ
1300K
1100K
实验结果
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普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]21世纪教育网
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第十七章 波粒二象性21世纪教育网
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新课标要求21世纪教育网
1．内容标准21世纪教育网
（1）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。21世纪教育网
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。21世纪教育网
（3）了解康普顿效应。21世纪教育网
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。21世纪教育网
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。21世纪教育网
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。21世纪教育网
例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。21世纪教育网
2．活动建议21世纪教育网
阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。21世纪教育网
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17．1 能量量子化：物理学的新纪元21世纪教育网
★新课标要求21世纪教育网
（一）知识与技能21世纪教育网
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21世纪教育网
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21世纪教育网
3．了解能量子的概念21世纪教育网
（二）过程与方法21世纪教育网
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。21世纪教育网
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领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，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。21世纪教育网
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★教学难点21世纪教育网
黑体辐射的实验规律21世纪教育网
★教学方法21世纪教育网
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★教学用具：21世纪教育网
投影片，多媒体辅助教学设备21世纪教育网
★课时安排21世纪教育网
1 课时 21世纪教育网
★教学过程21世纪教育网
（一）引入新课21世纪教育网
教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。”21世纪教育网
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！21世纪教育网
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：21世纪教育网
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”21世纪教育网
这两朵乌云是指什么呢？21世纪教育网
一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。21世纪教育网
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”。21世纪教育网
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21世纪教育网
（二）进行新课21世纪教育网
1．黑体与黑体辐射21世纪教育网
教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。21世纪教育网
学生：阅读教材关于热辐射的描述。21世纪教育网
教师：通过课件展示，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。21世纪教育网
（1）热辐射现象21世纪教育网
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。21世纪教育网
所辐射电磁波的特征与温度有关。21世纪教育网
例如：铁块 温度↑21世纪教育网
从看不出发光到暗红到橙色到黄白色21世纪教育网
从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。21世纪教育网
（2）黑体21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。21世纪教育网
教师：课件展示黑体模型。
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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。21世纪教育网
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。21世纪教育网
2．黑体辐射的实验规律21世纪教育网
教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。21世纪教育网
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。21世纪教育网
教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？21世纪教育网
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”。21世纪教育网
课件展示：瑞利--金斯线。见课件。
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3．能量子：超越牛顿的发现21世纪教育网
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。21世纪教育网
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。21世纪教育网
对于频率为ν的谐振子最小能量为21世纪教育网
这个最小能量值，就叫做能量子21世纪教育网
课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式21世纪教育网
（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21世纪教育网
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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。21世纪教育网
1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。21世纪教育网
他的墓碑上只刻着他的姓名和21世纪教育网
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？21世纪教育网
没有。21世纪教育网
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？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”
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（三）课堂小结21世纪教育网
教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。21世纪教育网
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。21世纪教育网
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。21世纪教育网
教师要放开，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。
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（四）作业：“问题与练习”1、2、3题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
黑体模型
0 1 2 3 4 5 6
(μm)
1700K
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λ
1300K
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实验结果
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