资源简介

4.1普朗克黑体辐射理论
〖教材分析〗
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。
〖教学目标与核心素养〗
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。
〖教学准备〗
多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入
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
二、新课教学
（一）黑体与黑体辐射
1.黑体
回顾必修课内容，我们已经知道黑体的概念，即
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。
问题：那怎么才能得到一个黑体啊？
答：物体涂上黑漆行不行？
这还不够，因为黑漆虽然可以吸收大部分可见光，但红外光和紫外光的反射还是不能避免。
那怎么办呢？
可以在一个空腔壁上开一个很小的口。这样一来，假设有电磁波射入小孔，这个电磁波就会在空腔内表面被反射吸收，直到消失。因此这个空腔发射的电磁波几乎全是热辐射引起的，可以近似看成一个绝对黑体。
生活中的黑体：太阳、白炽灯灯丝。
太阳和白炽灯的灯丝由于热辐射发光强度很大，产生的光强可以忽略不计，所以也可以近似当做黑体。
注意：黑体的名字虽然有黑，但他不一定是黑色的。这是由于它会发射热辐射，如果热热辐射的波长在可见光范围，你就会看到它的颜色。
2.黑体辐射
黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。即黑体辐射的概念：黑体向外辐射的电磁波（热辐射）。
对比区分两种辐射。
一般辐射：与温度、材料、表面状况有关。
黑体辐射：只与温度有关。
疑惑：它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。
（二）黑体辐射的实验规律
利用分光技术和热电偶等设备，可以测出黑体辐射电磁波的强度按波长分布的情况。如果在坐标系中把电磁波波长作为横轴，辐射强度作为纵轴，就可以得到这样的图像。
图像：被称为黑体辐射谱或者热辐射谱。
特点：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加了，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
问题：怎样解释黑体辐射的实验规律呢 他能不能用公式定量计算呢？
1.黑体辐射的理论解释
物体中存在带电微粒，他们会发生热运动，而震动的带电粒子就会产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。
动态图展示：粒子振动变化的电磁场，从而产生电磁辐射的过程。
2.维恩、瑞利——金斯的解释
物理学家总是力图用已有的知识去解释新发现的现象和规律。
①维思公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。
②瑞利公式在长波区与实実验基本一致，但在短波区与实验严重不符。
3.普朗克的解释
普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。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。
（三）能量子
为了得出和实验相符，黑体辐射公式。1900年底，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假说，这个假说中它保留了前人的一部分观点，仍然认为电磁波是由于带电粒子做简谐运动发出。但普朗克提出：带电粒子辐射或吸收能量时是不连续的，只能一份一份地进行，或者说这些能量只能是某个最小能量值的整数倍，例如，可能是可能是ε或2ε、3ε…这个不可再分的最小能量值叫做能量子，这就是能量子假说。（和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍）
1.能量子
ε叫能量子，简称量子， 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。
能量子的大小跟电磁波的频率有关，计算公式
：电磁波的频率
h：普朗克常量，h=6.626×10-34。
普朗克的能量子可以这样比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
2.观念的变化
普朗克对微观带电微粒能量取值的假设和宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。
通过观察宏观弹簧振子（动图展示）的运动中能量的变化，得出弹簧振子的能量值是连续的。
而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
课堂练习
例1：以下宏现概念中，哪些是“量子化”的（ ）
物体的长度
物体所受的重力
物体的动能
学生的个数
解析：“量子化”是不连续的,是一份一份的,故选D。
例2：关于热辐射，下列叙述中正确的是(　　)
一切物体都在辐射电磁波
任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关是因为能量量子化
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。
例3：红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（ ）
红光
橙光
黄光
绿光
解析：由ε=hv=，可知因为红光的波长最短，所以能量最小，故选A。
例4：可见光的波长的大致范围是400-760nm。400nm，760nm电磁辐射的能量子ε的值是多少
解析：由ε=hv=，得
400nm电磁辐射的能量子
760nm电磁辐射的能量子
〖板书设计〗
4.1普朗克黑体辐射理论
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。
〖教学反思〗
本节的知识对学生来说相关的经验较少，理解起来有很大的难度。比如黑体辐射实验规律、为什么要研究黑体、量子化和连续性有什么差别等问题都是学生生活没有的。另外黑体辐射实验规律的图像对学生涞水难度也很大，教师应该做好这一图像的引导。本节课应该以教师生动讲解为主，在讲解过程中做好知识铺垫，多设疑。 (
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