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2019-2020年新課標人教版3-5選修三17.1《能量量子化》WORD教案4 新課標要求 1．內(nèi)容標準 （1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。 （2）通過實驗了解光電效應。知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。 （3）了解康普頓效應。 （4）根據(jù)實驗說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。 （5）知道實物粒子具有波動性。知道電子云。初步了解不確定性關系。 （6）通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗的局限性。體會人類對世界的探究是不斷深入的。 例1 通過電子衍射實驗，初步了解微觀粒子的波粒二象性，體會人類對于物質(zhì)世界認識的不斷深入。 2．活動建議 閱讀有關微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會。 新課程學習 17．1 能量量子化：物理學的新紀元 ★新課標要求 （一）知識與技能 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．了解黑體輻射的實驗規(guī)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 了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 ★教學重點 能量子的概念 ★教學難點 黑體輻射的實驗規(guī)律 ★教學方法 教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。 ★教學用具： 投影片，多媒體輔助教學設備 ★課時安排 1 課時 ★教學過程 （一）引入新課 教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：（多媒體投影，見課件。） 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，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物理學家開爾文作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經(jīng)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(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，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，還有兩朵令人不安的烏云，----” 這兩朵烏云是指什么呢？ 一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。 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）從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。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(jié)課就來體驗物理學新紀元的到來――能量量子化的發(fā)現(xiàn) （二）進行新課 1．黑體與黑體輻射 教師：在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請同學們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。 學生：閱讀教材關于熱輻射的描述。 教師：通過課件展示，加深學生對熱輻射的理解。并通過課件展示，使學生進一步了解熱輻射的特點，為黑體概念的提出準備知識。 （1）熱輻射現(xiàn)象 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)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(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。 所輻射電磁波的特征與溫度有關。 例如：鐵塊 溫度↑ 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色 從能量轉(zhuǎn)化的角度來認識，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。 （2）黑體 教師：除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。 黑體模型 概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對黑體，簡稱黑體。 教師：課件展示黑體模型。 不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。 研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎。 【例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情況只與溫度有關 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．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波 [解析] 根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀態(tài)有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，B錯誤，C正確；由黑體的定義知D正確。 [答案] ACD 2．黑體輻射的實驗規(guī)律 教師：引導學生閱讀教材“黑體輻射的實驗規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實驗規(guī)律。如圖所示。 黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的升高，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。 教師：提出問題，設置疑問。怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律呢？ 0 1 2 3 4 5 6 (μm) 1700K 1500K λ 1300K 1100K 實驗結(jié)果 在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。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(jié)果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當時被稱為“紫外災難”。 課件展示：瑞利--金斯線。見課件。 【例2 】 煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理? [解析] 本題考查熱輻射的規(guī)律，解題時要注意輻射的能量與溫度的關系。 [答案] 根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、 綠、藍、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度 [點評] 用學習的物理知識解釋物理現(xiàn)象或者把握判斷其特征，體現(xiàn)了學以致用的原則。 3．能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 教師：利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導致了荒謬的結(jié)果。必然會促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)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，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... nε，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。 對于頻率為ν的諧振子最小能量為 這個最小能量值，就叫做能量子 課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式 （1）黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和 黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？ 沒有。 物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？明天，我們就繼續(xù)學習“科學的轉(zhuǎn)折：光的粒子性” 【例3】 對應于3．4xl0—l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少?它是什么顏色? [解析] 根據(jù)公式εo =hν和ν=c/λ得 ν=ε/h=5.13x1014Hz λ=c/ν=5.85x10-7Hz 5．13x10-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5．85xl0—7m。 [答案] 5．13x10—l4Hz 5．85x10-7m 黃色 [點評] 要熟練掌握E=Pt=nε，εo =hν和ν=c/λ等關系，這是解題的關鍵。 （三）課堂小結(jié) 教師活動：讓學生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結(jié)，其他同學在筆記本上總結(jié)，然后請同學評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學生活動：認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 （四）作業(yè)：“問題與練習”1、2、3題 ★教學體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。