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2019-2020年新課標(biāo)人教版3-5選修三17.1《能量量子化》WORD教案4 新課標(biāo)要求 1．內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) （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(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。 （2）通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。 （3）了解康普頓效應(yīng)。 （4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。 （5）知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。知道電子云。初步了解不確定性關(guān)系。 （6）通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗(yàn)的局限性。體會(huì)人類對世界的探究是不斷深入的。 例1 通過電子衍射實(shí)驗(yàn)，初步了解微觀粒子的波粒二象性，體會(huì)人類對于物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的不斷深入。 2．活動(dòng)建議 閱讀有關(guān)微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會(huì)。 新課程學(xué)習(xí) 17．1 能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元 ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)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(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)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(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 ★教學(xué)重點(diǎn) 能量子的概念 ★教學(xué)難點(diǎn) 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ★教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 ★教學(xué)用具： 投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★課時(shí)安排 1 課時(shí) ★教學(xué)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(jì)末頁，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)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(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀(jì)的發(fā)言：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！? 也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)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(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。 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(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路， 柳暗花明又一村”。 點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來――能量量子化的發(fā)現(xiàn) （二）進(jìn)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(xué)們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。 學(xué)生：閱讀教材關(guān)于熱輻射的描述。 教師：通過課件展示，加深學(xué)生對熱輻射的理解。并通過課件展示，使學(xué)生進(jìn)一步了解熱輻射的特點(diǎn)，為黑體概念的提出準(zhǔn)備知識(shí)。 （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(guān)。 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(rèn)識(shí)，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(huì)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(chǔ)。 【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(guān) C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān) 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(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀態(tài)有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；由黑體的定義知D正確。 [答案] ACD 2．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。如圖所示。 黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。 教師：提出問題，設(shè)置疑問。怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢？ 0 1 2 3 4 5 6 (μm) 1700K 1500K λ 1300K 1100K 實(shí)驗(yàn)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(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)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(jì)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(shí)要注意輻射的能量與溫度的關(guān)系。 [答案] 根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)，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(lán)、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(jì)爐內(nèi)的溫度 [點(diǎn)評(píng)] 用學(xué)習(xí)的物理知識(shí)解釋物理現(xiàn)象或者把握判斷其特征，體現(xiàn)了學(xué)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(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必然會(huì)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(xué)家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動(dòng)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(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)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(gè)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(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)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(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 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(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學(xué)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(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)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(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對光的完美理論（光的波動(dòng)性、電磁理論）進(jìn)行解釋會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？明天，我們就繼續(xù)學(xué)習(xí)“科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性” 【例3】 對應(yīng)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(diǎn)評(píng)] 要熟練掌握E=Pt=nε，εo =hν和ν=c/λ等關(guān)系，這是解題的關(guān)鍵。 （三）課堂小結(jié) 教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)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(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)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(shí)框架。 （四）作業(yè)：“問題與練習(xí)”1、2、3題 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。