高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性1 普朗克黑体辐射理论优质课教案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性1 普朗克黑体辐射理论优质课教案，共8页。教案主要包含了热辐射，黑体与黑体辐射，黑体辐射的实验规律，能量子等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
4.1普朗克黑体辐射理论
教学内容分析
本节由黑体与黑体辐射、黑体辐射的实验规律和能量子三部分内容组成。教材着重介绍了在研究不同温度下黑体辐射强度与波长关系时，经典理论结果与实验事实之间产生的矛盾。为了解决这个矛盾，普朗克提出了能量子的假说。教学中要注意引导学生感受科学家进行探究的科学方法与科学精神。
学情分析
本节的知识对学生来说几乎没有相关的经验，理解起来有一定困难，比如对黑体辐射实验规律、为什么要研究黑体、黑体理想模型有什么用、“量子化”和“连续性”到底有什么差别等问题的理解。
教学目标
物理观念∶了解黑体辐射以及实验结论，知道能量量子化的内涵。
科学思维∶对比经典能量观和微观能量子的特点，体会量子化物理模型的建立过程。
科学探究：通过观察热辐射的强度波长的关系图培养学生观察能力，感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任∶了解能量子概念的提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想，体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识。
教学重难点
教学重点：黑体辐射和能量量子化。
教学难点：理解能量量子化假说。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？
想一想
为什么测温枪不直接接触人体，就可测量人体体温？
学生观看课件并思考
引入新课内容，激发学生好奇心
新课教学
一、热辐射
1.定义：任何物体在任何温度下都会辐射电磁波的现象。(热传递的三种方式之一)
（这种辐射是由物体的原子、分子受激发产生的，与温度有关，故称为热辐射）
例如，铁块随着温度升高：
不发光→暗红→赤红→橘红→黄白色
2.原因：物体分子无规则运动，辐射电磁波。
3.特点：物体温度高，辐射能量本领强，电磁波的短波成份多，长波成份少。（各种波长都有）
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射

4.实际热辐射的复杂性
热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。
5.热辐射的应用
了解热辐射的定义、原因、特点
理解热辐射定义。体会物理观念的形成过程。
图像加深学生对新知识点的理解，强化记忆。
二、黑体与黑体辐射
1.黑体----理想模型
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长（不仅是可见光）的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
假设有这样一种物体
这种假设的物体称为黑体
黑体辐射
（1）黑体辐射的特征：研究表明,对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度、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。
（2）对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
小试牛刀
例题】(多选)关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ CD ）
A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体
根据图像了解黑体模型
通过例题深入了解黑体
通过图像让学生更直观的感受分子的运动。培养科学思维和科学探究的核心素养。
通过做题更好的理解本节课的重难点。培养科学态度与责任的核心素养
三、黑体辐射的实验规律
实验器材
分光元件（如棱镜或光栅等）将不同波长的辐射按一定的角度关系分开，转动探测系统测量不同波长辐射的强度分布。再推算出黑体单色辐出度按波长的分布。
测量黑体辐射的实验原理：
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

1、黑体辐射实验规律
辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
黑体辐射的实验规律：
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，如图所示。
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)温度升高，各种波长的辐射强度都增加；
(3)温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
黑体辐射的理论解释
直接找规律有点儿困难，科学家打算结合理论来寻找这个公式。

物体中存在带电微粒 带电微粒→震动→变化的电磁场
2.黑体辐射两种经典解释
德国物理学家维恩根据经典热力学，在1896年提出了一个辐射强度随波长及温度变化的半经验公式——维恩公式。
⑴短波符合；长波不符合。根据经典热力学与电磁学，物理学家瑞利在1900年也提出了一个理论公式，后经金斯改进，合称瑞利-金斯公式。
⑵长波符合；短波荒唐----紫外灾难。
在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”。
3、普朗克对黑体辐射理论解释
1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。维恩公式和瑞利——金斯公式，其实就是普朗克公式的特殊情况。
普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的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。
小试牛刀
【例题】下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ A ）
观察实验现象，总结结论。
思考黑体辐射实验规律。
更直观的展示分子间有空隙。培养科学思维和科学探究的核心素养。
引出黑体辐射规律。培养科学态度与责任的核心素养。
提高学生对问题的分析能力，锻炼学生的科学思维。
。
四、能量子
1.定义：
普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
能量子理解
宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。
例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。
微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子）
例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。
能量子大小
ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化
①其中ν是电磁波的频率，波长λ=vT=v/ν,光在真空中λ=c /ν
②h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
(1)辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是能量子的整数倍
(2)谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量。对于频率为  的谐振子，最小能量为：ε= hν称为一个能量子。
3、量子化假设的意义
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，普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式这种假说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。
普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角。从此，物理学进入了一个新的纪元。普朗克本人因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。
小试牛刀
【例题】(多选)1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（ ABC ）
A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B.能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量
D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
巩固知识点，加强理解和记忆。
课堂总结
一、黑体辐射
1、黑体
2、黑体辐射的特点
3、黑体辐射的实验规律
二、能量子
1、定义
2、能量量子化的意义
学生总结本节课知识点
帮助学生形成知识框架，便于理解记忆。
板书设计
1.黑体：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。
2.黑体辐射：黑体向外辐射的电磁波（热辐射），只与温度有关。
3.ε叫能量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
：电磁波的频率
h：普朗克常量，h=6.626×10-34。
作业设计
作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中基础知识进行检测，二是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。
教学反思与评价
本节由黑体与黑体辐射、黑体辐射的实验规律和能量子三部分内容组成。对黑体辐射的研究及由此引发的“紫外灾难”是 19 世纪末 20 世纪初物理学天空中的“第二朵乌云”，然而正是在拨开这“第二朵乌云”的过程中，物理学终于迎来了量子力学的曙光。本节的重点是对黑体辐射能量在不同温度下与波长的关系研究，难点是如何让学生理解能量量子化的假说。本节内容较为抽象，学生理解起来有一定的困难，因此，本案例采用了教师通过课件图片展示和生活实例类比的教学方式，对突破教学难点起到了很好的作用。在教学中还通过各种活动调动了学生学习的积极性，很好地开阔了学生的视野，培养了学生的学科核心素养，提高了学生分析问题、解决问题的能力。