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教学设计

导入新课

一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？

向远处观察打开的窗子近似黑色。

观察对面教室的窗户，描述所观察到的现象。

结合生活中常见的现象，引出较为抽象的新知识。

讲授新课

一、黑体与黑体辐射

物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。

如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为黑体。

加热空腔使其温度升高，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

二、黑体辐射的实验规律

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。

特点：随温度的升高

①各种波长的辐射强度都在增加；

②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。

一般物体与黑体的比较

现实生活中不存在理想的黑体,实际的物体都能辐射红外线(电磁波),也都能吸收和反射红外线(电磁波),绝对黑体不存在,是理想化的模型。

课堂练习1、正误判断

(1)黑体一定是黑色的物体。(　　)

(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　　)

(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。(　　)

(4)黑体是一种客观存在的物质。(　　)

(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　)

(6)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。(　　)

(7)能量子是可以再分的。(　　)

(8)光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。(　　)

答案(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×

经典物理学所遇到的困难

解释实验曲线——一朵令 人不安的乌云

（1）维恩的半经验公式：  

短波符合，长波不符合。

（2）瑞利—金斯公式：

长波符合，短波荒唐。

                     ——紫外灾难

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 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。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，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：

“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”

三、能量子：超越牛顿的发现

 普朗克能量子假设

 1. 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：E ＝ nε ，n＝1，2，…；

2. 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；

3.黑体中振动的分子、原子可看作谐振子（振动的微粒），谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；

 4. 对于频率为ν的谐振子（其辐射的电磁波频率也为ν），最小能量为：ε＝hν 。

h＝ 6.626×10－34 J · s ——普朗克常量

普朗克能量子理论成功解释黑体辐射

Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这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宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。

死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h＝6.626×10－34J · s。

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 v 的光的能量子为 hv，h 为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子 (photon)。

课堂练习2、(多选)以下宏观概念中,哪些是“量子化”的(　　)

A.物体的带电荷量

B.物体的质量

C.物体的动量 

D.学生的个数

解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选AD。

答案：AD

理解黑体的概念。

观察辐射强度和辐射波波长之间的关系图，并总结其特点。

完成课堂练习。

阅读材料，了解经典力学的局限性。

了解科学前辈为科学的发展做出不懈努力。

理解能量子的概念。

阅读材料，了解科学家的历史。

完成课堂练习。

在介绍黑体过程中应强调黑体的理想化特点。让学生明白黑体是一个理想化模型。

让血神自己总结规律，发现知识点，提高学生学习的独立性和自主性。

帮助学生养成实事求是的科学精神和坚持不懈的科学态度。

通过图片展示微观世界中能量是分立值的特点。

拓展提高

1、 (多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看作黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是(　　)

A.T1>T2

B.T1<T2

C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低

D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短方向移动

解析：一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可以看出,λ1<λ2,T1>T2,本题正确选项为A、D。

答案：AD

规律方法：

1.理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图像是解答此类问题的关键。

2.黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类和表面状况无关。

2、下列叙述错误的是(　　)

A.一切物体都在辐射电磁波

B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

解析：根据热辐射定义可知,A对;根据热辐射和黑体辐射的特点可知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错,C对;根据黑体定义知D对。本题应选B项。

答案：B

3、(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是 (　　)

A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大

B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间

C.温度越高,辐射强度的极大值就越大

D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短

解析：在同一温度下,辐射强度最大的电磁波的波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间,故A错误,B正确;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,且辐射强度的极大值也就越大,C正确;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故D正确,故选B、C、D。

答案：BCD

完成拓展提高。

巩固本节课基础知识，并熟练应用。

课堂小结

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

总结课堂知识。

帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。

板书

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