備課人
學科
物理
課題
能量量子化
教學內容分析
本節(jié)內容包括兩部分，黑體和黑體輻射實驗規(guī)律同經典理論的矛盾沖突、能量量子化概念的提出和理論的發(fā)展。教材回顧了人類提出能量量子化假設的歷史，介紹了與以往經典電磁理論不同的量子理論。為學生在選修部分繼續(xù)學習相關知識做了鋪墊。
學情分析
學生對本節(jié)內容的相關生活經驗少，理解起來有一定困難。例如，什么是黑體？為什么要研究黑體理想模型？“能量的量子化”和“能量的連續(xù)性”的概念沖突為什么使得當時的物理學家難以接受？因此，教師在教學過程中要多鋪墊、多設疑，按照物理學史的發(fā)展進程展開，讓學生逐步理解相關問題的提出、分析和研究過程。
教學目標
1、了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡，感悟以實驗為基礎的科學探究方法。
2、了解能量子的概念及其提出的過程，領會這一科學概念的創(chuàng)新性突破中蘊含的偉大科學思想。
3、了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質世界的認識。
教學
重難點
教學重點：
能量量子化的基本概念和創(chuàng)立過程。
教學難點：
理解能量的量子化與能量的連續(xù)性存在著根本顛覆性的概念沖突；理解物理學家提出能量量子化理論是對客觀世界本質的尊重和近代物理學發(fā)展的必然要求，也是當今現(xiàn)代化社會、現(xiàn)代化科技發(fā)展的動力源泉和根基。
教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設計意圖
新課導入
【講述】19世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律——能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中，他們認為物理學已經發(fā)展到頭了。于是，1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?！钡_爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云?！?br>【講述】這兩朵烏云指的是黑體輻射實驗、光的速度。后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆而關于黑體輻射的問題正是我們今天要學習的內容。灌著兩朵鮮花。
【提問】把鐵塊投進火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的變化呢？
了解引入能量子的歷史背景。
思考。
從對物理學史的介紹入手，提出新的問題，引發(fā)學生的求知欲望。
從生活實際入手，為引出對熱輻射、黑體的介紹做鋪墊。
環(huán)節(jié)一
熱輻射
【講述】我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。物體在室溫時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。所以，隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。
【講述】大量實驗結果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。常溫下我們看到不發(fā)光的物體顏色就是物體表面反射光所致。
【提問】如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，會怎樣？
【講述】如果某物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。
【提問】一座建設中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內已粉刷，如果從遠處觀察，把窗內的亮度與樓外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？

→近似黑體。
【講述】研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質的基礎。黑體輻射：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
【講述】黑體輻射實驗：隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。
【講述】維恩的半經驗公式：短波符合，長波不符合。瑞利-金斯公式：長波符合，短波荒唐。這被稱為紫外災難。
了解熱輻射的概念，并據此分析鐵塊隨著溫度升高而出現(xiàn)的顏色變化。
結合上述現(xiàn)象，理解輻射強度按波長的分布情況與物體溫度的關系。
思考并作答：
物體看起來是黑色的。
理解黑體概念。
思考并回答：
看不見窗里的情景，一片漆黑。
思考黑體輻射與溫度之間的關系。
了解黑體輻射實驗及紫外災難。
從生活常見的現(xiàn)象出發(fā)，引導學生思考、分析。
在對熱輻射進行分析的基礎上，進一步提出問題，引出黑體的概念。
以生活中的實例做類比，易于學生理解相關概念。
由黑體輻射特點，到對黑體輻射實驗的介紹，到對紫外災難的介紹，逐步引導學生理解引入能量子概念的歷史背景、科學研究背景。
環(huán)節(jié)二
能量子
【講述】為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克進行了多種嘗試。1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小為ε=?ν。ν是電磁波的頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10-34J·s。借助于能量子的假說，普朗克得出的黑體輻射的強度按波長的分布公式，與實驗符合的非常好。
【講述】能量子的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有很大不同，例如，一個宏觀的單擺，小球在擺動的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的變化是連續(xù)的。而普朗克的假設則認為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的。普朗克的能量子假設,使人類對微觀世界的本質有了全新的認識,對現(xiàn)代物理學的發(fā)展產生了革命性的影響。成為物理學發(fā)展史上一個重大轉折點；普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征；不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。
【講述】愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：光本身就是一個個不可分割的能量子，后來被叫做光子，其能量為：ε=?ν
理解普朗克的能量子假說、能量子的計算公式、普朗克常量。
了解對能量子假說的意義。
在能量子的基礎上，理解愛因斯坦的光子理論。
介紹能量子概念及其計算公式，為學生在選修部分課程中的學習打基礎。
在能量子概念的基礎上，介紹愛因斯坦的光子理論，為下面介紹電子躍遷的相關知識做準備。
環(huán)節(jié)三
能級
【講述】微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級（energy level）。
【講述】原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差，即?ν=Em?En。由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
【講述】玻爾理論對氫光譜的解釋：玻爾從上述假設出發(fā)，利用經典理論和量子理論結合，計算出了氫的電子的軌道半徑rn=n2r1和對應的能量值（能級）En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
【講述】20世紀20年代，量子力學建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學技術中發(fā)揮了重要作用。核能的利用，計算機和智能手機的制造，激光技術等的應用都離不開量子力學。是量子力學引領我們邁入了現(xiàn)代社會，讓我們享受到非富多彩的現(xiàn)代生活。
【講述】聆聽宇宙：宇宙浩瀚無垠，神秘莫測。古人通過肉眼觀察星空，繪制星圖。望遠鏡的發(fā)明拓展了人類的視野，使人們對天體的了解更加清楚。
【播放視頻】FAST簡介。
【隨堂練習】
了解能記得概念。
了解原子在躍遷過程中放出的光子能量的計算方法，及其對應的光譜。
了解玻爾能級理論能級理論。
了解以量子力學為代表的現(xiàn)代科學技術對人類社會發(fā)展帶來的影響。
了解關于中國天眼FAST的相關內容。
練習鞏固本節(jié)知識點。
介紹能級概念、電子在躍遷過程中放出能量的計算式、光譜等概念，為學生在選修部分的進一步研究做準備。
介紹玻爾的氫原子光譜理論，為學生在選修部分的進一步研究做準備。
介紹量子力學等現(xiàn)代科學技術的發(fā)展對人類社會發(fā)展進步的影響，激發(fā)學生探求科學知識，不斷深入研究的興趣和勇氣。
課堂總結
一、熱輻射-黑體
二、能量子：ε=?ν，h＝6.62607015×10-34J·s
三、玻爾能級理論：對氫原子，rn=n2r1，En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
板書設計
§13.5能量量子化
1、熱輻射
2、黑體：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關
3、普朗克的能量子假說：ε=?ν，其中h＝6.62607015×10-34J·s（普朗克常量）
4、愛因斯坦的光子假說：ε=?ν
5、能級：
①?ν=Em?En
②原子的發(fā)射光譜：一些分立的亮線
③波爾的氫原子模型：電子軌道半徑rn=n2r1，能級En=1n2E1（E1＝13.6eV，n＝1，2，3……）
作業(yè)設計
1、梳理本節(jié)知識點。
2、教材P128“練習與應用”。
教學反思與評價

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