资源简介

13.5《能量量子化》教学设计
课题
13.5《能量量子化》
学科
物理
年级
教材
分析
能量量子化这一节是介绍近代物理知识非常重要的内容，通过对热辐射、黑体辐射的研究，利用科学家们独特的思维方式，培养学生大胆、创新的能力。希望引导学生学会利用能量子的思想理解客观世界，重视发挥物理学史的教育功能。让学生了解量子力学的初期的探索历程。
本节内容的核心是黑体辐射的特点，量子化思想的提出，光量子、原子的量子化条件。本节的教学内容的主线有两条，第一条为知识层面上的，掌握黑体辐射的特点，量子化思想；第二条为物理学史，量子理论初期科学家的贡献。
学情分析
上一节课学生已经学习了电磁波，知道了电磁波谱，简单知道了各种电磁波的辐射规律。对于学生来说熟悉"一切自然过程都是连续的"这条原理。普朗克的新思想是与经典理论相违背的，它打破了经典物理传统观念对人们的长期束缚，这就为人们建立新的概念，探索新的理论开拓了一条新路。在他的假设的启发下，许多现象得到了解释。
希望学生能够从普朗克的研究中学到大胆、创新的科研能力。
教学目标与核心素养
一、教学目标
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。
2.了解普朗克的能量子假设。
3.了解爱因斯坦光子假设。
4.知道原子能级及能级跃迁理论。
二、核心素养
物理观念：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研究方法和观念。
科学思维：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。
科学探究：经历量子化思想的探究活动，让学生了解量子力学的初期的探索历程。
科学态度与责任：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。
重点
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。
2.了解普朗克的能量子假设。
难点
了解能量子、光子、原子的能量也是量子化的规律。
教学过程
环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
一、学习目标展示
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。
2.了解普朗克的能量子假设。
3.了解爱因斯坦光子假设。
4.知道原子能级及能级跃迁理论。
二、情景引入
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？
了解本节课学习目标
学生观察图片认真思考
有目的的学习
为引入课题做铺垫
讲授新课
【自学感知】
一、热辐射
1．热辐射的概念：物体具有的与温度有关的辐射电磁波的方式。
2．热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。实验表明：辐射强度按波长的分布情况随物体的
温度而有所不同。
3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
4．黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波，而且辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
5
.解释：人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释，但是，用经典的电磁理论解释时遇到了严重的困难。
二、能量子
1．定义：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。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
2．能量子的大小：ε＝hν，其中ν
是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量。h=6.63×10-34J·s
3．普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，是不连续(分立)的。
4．爱因斯坦的光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被叫作光子。
三、能级
1．定义：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
2．原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处于能量较高的能量状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
3．能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差。
4．原子的发射光谱的特征：原子的能级是分立的，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。
5
.量子力学的作用：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。核能、计算机、智能手机及激光技术等的应用都离不开量子力学。
【探究解惑】
探究一：一般物体与黑体的比较：
热辐射特点吸收、反射特点一
般
物
体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关黑
体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射
【例1】
(多选)下列说法正确的是(
)
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
答案:BC
解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，A错误；铁块呈现黑色，是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太高，当铁块的温度较高时铁块呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强，故B、C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白色，是大气吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。
探究二：普朗克的能量子观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?
1、宏观世界中我们认为能量可以是任意值,是连续的；
普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,大小为
ε=hν，即能量不是连续的。
2、宏观世界中我们认为能量是连续的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的；而研究微观粒子时,单个的能量子能量较大就显示出不连续性。
【例2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700
nm,求400
nm、700
nm的电磁辐射的能量子的值是多少?
答案:4.97×10-19
J　2.84×10-19
J
[解析]　根据公式ν＝和ε＝hν可知：
400
nm对应的能量子ε1＝h＝6.63×10－34×
J≈4.97×10－19
J
700
nm对应的能量子ε2＝h＝6.63×10－34×
J≈2.84×10－19
J。
【例3】人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530
nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34
J·s，光速为3.0×108
m
/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(
)
A．2.3×10－18
W　　　　
　B．3.8×10－19
W
C．7.0×10－10
W　　
　D．1.2×10－18
W
答案:A
解析：根据ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε
每秒有n=6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为
P＝
＝
W
＝
2.3×10－18
W。
探究三：对能级的理解：
(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
(2)原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态,这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁，同时放出光子,能量减少。
(3)物体在发射或接收能量的时候，只能从某一能级“飞跃”到另一能级，而不可能停留在不符合这些能级的任何一个中间状态。
【例4】(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是(　
　)
A．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小能量值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
答案：ABD
解析：根据能量子假设可知，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，A、B正确；带电微粒辐射和吸收的能量不是连续的，而是量子化的，故C错误，D正确。
【例5】一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子(　　)
A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差
B.吸收光子,能量减少
C.放出光子,能量增加
D.放出光子,能量减少
答案：A
解析：氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A正确,B、C、D错误。
学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。
学生理解后记忆
学生思考讨论
并回答
学生独立完成解题过程
在教师的引导下学生分析。
学生思考讨论并在教师的引导下回答
学生练习
把读书自学的机会还给学生。
锻炼学生的逻辑思维能力
帮助学生透彻理解规律的实质。
让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。
锻炼学生的分析能力，
教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。
强化所学知识的应用。
课堂小结
梳理自己本节所学知识。
根据学生表述，查漏补缺，
板书设计
13.5《能量量子化》
一、热辐射
1．热辐射的概念：
2．热辐射规律：
3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
4．黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
二、能量子
1．定义：
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。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
2．能量子的大小：ε＝hν，
3．普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，是不连续(分立)的。
4．爱因斯坦的光子说：
三、能级
1．定义：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
2．原子的稳定性：
3．能级跃迁规律：
4．原子的发射光谱的特征：
教学反思
21世纪教育网
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）

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