高中人教版 (2019)5 能量量子化一等奖教学设计及反思

这是一份高中人教版 (2019)5 能量量子化一等奖教学设计及反思，共9页。教案主要包含了播放视频，随堂练习等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
能量量子化
教学内容分析
本节内容包括两部分，黑体和黑体辐射实验规律同经典理论的矛盾冲突、能量量子化概念的提出和理论的发展。教材回顾了人类提出能量量子化假设的历史，介绍了与以往经典电磁理论不同的量子理论。为学生在选修部分继续学习相关知识做了铺垫。
学情分析
学生对本节内容的相关生活经验少，理解起来有一定困难。例如，什么是黑体？为什么要研究黑体理想模型？“能量的量子化”和“能量的连续性”的概念冲突为什么使得当时的物理学家难以接受？因此，教师在教学过程中要多铺垫、多设疑，按照物理学史的发展进程展开，让学生逐步理解相关问题的提出、分析和研究过程。
教学目标
1、了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。
2、了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。
3、了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。
教学
重难点
教学重点：
能量量子化的基本概念和创立过程。
教学难点：
理解能量的量子化与能量的连续性存在着根本颠覆性的概念冲突；理解物理学家提出能量量子化理论是对客观世界本质的尊重和近代物理学发展的必然要求，也是当今现代化社会、现代化科技发展的动力源泉和根基。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
【讲述】19世纪末，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麦克斯韦方程。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。于是，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勋爵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。”但开尔文毕尽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：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。”
【讲述】这两朵乌云指的是黑体辐射实验、光的速度。后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇而关于黑体辐射的问题正是我们今天要学习的内容。灌着两朵鲜花。
【提问】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？
了解引入能量子的历史背景。
思考。
从对物理学史的介绍入手，提出新的问题，引发学生的求知欲望。
从生活实际入手，为引出对热辐射、黑体的介绍做铺垫。
环节一
热辐射
【讲述】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。所以，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。
【讲述】大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。
【提问】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，会怎样？
【讲述】如果某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，这物体称为黑体。
【提问】一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？

→近似黑体。
【讲述】研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。黑体辐射：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而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。
【讲述】黑体辐射实验：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
【讲述】维恩的半经验公式：短波符合，长波不符合。瑞利-金斯公式：长波符合，短波荒唐。这被称为紫外灾难。
了解热辐射的概念，并据此分析铁块随着温度升高而出现的颜色变化。
结合上述现象，理解辐射强度按波长的分布情况与物体温度的关系。
思考并作答：
物体看起来是黑色的。
理解黑体概念。
思考并回答：
看不见窗里的情景，一片漆黑。
思考黑体辐射与温度之间的关系。
了解黑体辐射实验及紫外灾难。
从生活常见的现象出发，引导学生思考、分析。
在对热辐射进行分析的基础上，进一步提出问题，引出黑体的概念。
以生活中的实例做类比，易于学生理解相关概念。
由黑体辐射特点，到对黑体辐射实验的介绍，到对紫外灾难的介绍，逐步引导学生理解引入能量子概念的历史背景、科学研究背景。
环节二
能量子
【讲述】为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试。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ε=ℎν。ν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＝6.62607015×10-34J·s。借助于能量子的假说，普朗克得出的黑体辐射的强度按波长的分布公式，与实验符合的非常好。
【讲述】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。普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点；普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征；不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
【讲述】爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：光本身就是一个个不可分割的能量子，后来被叫做光子，其能量为：ε=ℎν
理解普朗克的能量子假说、能量子的计算公式、普朗克常量。
了解对能量子假说的意义。
在能量子的基础上，理解爱因斯坦的光子理论。
介绍能量子概念及其计算公式，为学生在选修部分课程中的学习打基础。
在能量子概念的基础上，介绍爱因斯坦的光子理论，为下面介绍电子跃迁的相关知识做准备。
环节三
能级
【讲述】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（energy level）。
【讲述】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，即ℎν=Em−En。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。
【讲述】玻尔理论对氢光谱的解释：玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论结合，计算出了氢的电子的轨道半径rn=n2r1和对应的能量值（能级）En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
【讲述】20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术等的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到非富多彩的现代生活。
【讲述】聆听宇宙：宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。
【播放视频】FAST简介。
【随堂练习】
了解能记得概念。
了解原子在跃迁过程中放出的光子能量的计算方法，及其对应的光谱。
了解玻尔能级理论能级理论。
了解以量子力学为代表的现代科学技术对人类社会发展带来的影响。
了解关于中国天眼FAST的相关内容。
练习巩固本节知识点。
介绍能级概念、电子在跃迁过程中放出能量的计算式、光谱等概念，为学生在选修部分的进一步研究做准备。
介绍玻尔的氢原子光谱理论，为学生在选修部分的进一步研究做准备。
介绍量子力学等现代科学技术的发展对人类社会发展进步的影响，激发学生探求科学知识，不断深入研究的兴趣和勇气。
课堂总结
一、热辐射-黑体
二、能量子：ε=ℎν，h＝6.62607015×10-34J·s
三、玻尔能级理论：对氢原子，rn=n2r1，En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
板书设计
§13.5能量量子化
1、热辐射
2、黑体：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
3、普朗克的能量子假说：ε=ℎν，其中h＝6.62607015×10-34J·s（普朗克常量）
4、爱因斯坦的光子假说：ε=ℎν
5、能级：
①ℎν=Em−En
②原子的发射光谱：一些分立的亮线
③波尔的氢原子模型：电子轨道半径rn=n2r1，能级En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
作业设计
1、梳理本节知识点。
2、教材P128“练习与应用”。
教学反思与评价