资源简介

4.1普朗克黑体辐射理论教学设计
学习 目标 物理观念：知道黑体辐射、能量子的概念 科学思维：掌握黑体辐射的规律，提高分析问题、解决问题的能力。 科学探究：通过对黑体辐射的规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。 科学态度与责任：学会解释黑体辐射的规律，实事求是，理解能量子、光子，培养探索科学的兴趣。
重点 掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。
难点 掌握黑体辐射的规律，理解能量子的概念，提高分析问题、解决问题的能力。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
新课导入 一个烧红的铁片从中间到两边的颜色会发生变化，这种变化是由于什么引起的？ 物体由于具有温度会向周围辐射电磁波，温度不同，不同频率的电磁波辐射的强度不同，表现出不同的颜色。 思考同一个烧红的铁片，产生不同颜色的原因是什么。 结合生活中常见的现象，引出较为抽象的新知识。
新课讲授 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。 如果某种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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体。 二、黑体辐射的实验规律 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。 黑体辐射特征：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。 特点：随温度的升高 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加； 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 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。 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 1900年10月，普朗克提出量子化理论，给予黑体辐射以完美的解释。 普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 能量子的大小： ε = hν 其中 ν 是电磁波的频率，h 称为普朗克常量， h = 6.626 × 10 -34 J · s（一般取 h = 6.63 × 10-34 J · s） 普朗克能量子理论成功解释黑体辐射 黑体辐射公式 1900 年 10月 19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式。 普朗克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1.新冠肺炎防控中有一个重要环节是对外来人员进行体温检测，检测用的体温枪工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知下列描述正确的是（　A　） A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．温度降低，可能部分波长的辐射强度会减小 C．随温度升高，辐射强度的极大值向频率较小的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 2.下列叙述错误的是(　ACD　) 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 3.(多选)根据黑体辐射的实验规律,以下判断正确的是 (　BCD　) 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 4.关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（ B ） A.黑体是真实存在的 B.普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 C.随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱 D.黑体辐射无任何实验依据 5.(多选)下列有关黑体和黑体辐射的说法正确的是（ ABD ） A.黑体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射 B.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光) C.黑体辐射的实验规律可以利用经典物理学的理论来解释 D.黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释 6.太阳光含有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光，对这七种色光的认识正确的是（ D ） A.紫光的波长最长 B.红光的能量子最强 C.七种色光的能量均相同 D.紫光的能量子最强 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。 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是一种理想化模型。让学生明白黑体是为了研究理想条件下，物体的辐射规律产生的。 让学生自己总结规律，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。

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