高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步5 能量量子化教案及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册第十三章 电磁感应与电磁波初步5 能量量子化教案及反思，共5页。教案主要包含了导入新课，新课教学，课堂小结，作业设计等内容，欢迎下载使用。

教学设计
问题与目标
1.了解热辐射和黑体辐射的概念。
2.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点。
3.知道能量子的概念，会用公式和进行计算，了解能量子的概念及其提出的科学过程。
4.了解能级的概念。
重点与难点
重点
能量子概念
会用公式和进行计算。
难点
黑体辐射的规律。
教学准备
教师要求
多媒体课件
学生要求
预习教材内容
教学过程
一、导入新课
把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？
二、新课教学
（一）热辐射
1.了解热辐射
【教师】同学们阅读教材，思考什么是热辐射，总结热辐射的特点。
我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
物体在室温时，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。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。例如，随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化（如下图）。
总结：热辐射的辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2.了解黑体
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。如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。因为黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，所以，在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究。
物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。但是，用经典的电磁理论解释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难。
（二）能量子
1.了解普朗克的能量子观点
1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为
υ是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为
h= 6.626 070 15×10-34J·s 借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。
2.能量子的理解
能量子的观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。例如，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，能量不断减小，能量的变化是连续的。而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。能量以最小的单位，一份一份地减小。
年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为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υ的光的能量子为hυ，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。
（三）能级
1.能量量子化与定态
微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。
通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
这个过程可以理解为小孩子上楼梯。当小孩子处于地面时（最低的状态），是最安全的（稳定的）。当小孩子用力（到高速电子撞击）迈上更高的台阶（跃迁到较高的能量状态）。这是小孩子就不是最安全（稳定）的状态了，他会有下到台阶下面的想法（自发地向能量较低的能级跃迁）。
2.光子的发射和吸收
原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，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。
氦原子光谱
三、课堂小结
这节课主要学习了：热辐射及其规律、普朗克的能量子观点、能级及其对光谱的解释。
四、作业设计
完成课本第127页习题。
课堂练习
1．(多选)关于对热辐射的认识，下列说法正确的是( )
A．温度越高，物体辐射的电磁波越强
B．冷的物体只吸收电磁波
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色
[解析] 一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确．
[答案] AD
2．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是( )
A．黑体是真实存在的
B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
C．随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D．黑体辐射无任何实验依据
[解析] 黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，故C错误；黑体辐射是有实验依据的，故D错误．
[答案] B
板书设计
第5节 能量量子化
1.热辐射
（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
（2）特点：热辐射的辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2.黑体
（1）定义：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
（2）特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关
3.能量子：振动着的带电粒子的能量只能是某一不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它
的大小为
4.普朗克常量：h= 6.626 070 15×10-34J·s
5.原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。